АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (АСУ) В ЭНЕРГЕТИКЕ
Система совокупность элементов или частей, взаимосвязанных и действующих как одно целое. Другими словами, система некоторое организованное множество. Это определение больше применимо для технических систем, которыми мы и будем оперировать. Автоматизированная система система, в которой для получения и обработки информации, а также для управления используются различные автоматические устройства, однако определенные функции управления выполняются человеком. Слово «автоматизированная» всегда предполагает обязательное участие людей. Часто такую систему называют человеко-машинной или эргатической.
Управление - сознательное воздействие на объект или протекающий процесс, в результате которого происходят качественное и количественное изменения его параметров и достигаются определенные цели. АСУ это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности». «Процесс оптимизации предполагает выбор такого варианта управления, при котором достигается минимальное или максимальное значение некоторого критерия, характеризующего качество управления».
Автоматизированная система управления электростанцией (АСУ ЭС), энергосистемой(АСУ ЭЭС) или объединением (АСУ ЭО) - человеко- машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации развития и режимов работы ЭС, ЭЭС или ЭО. Причем АСУ ЭС должна работать как самостоятельно, так и в составе АСУ энергосистемы (объединения).
АСУ Организационного управления решение задач руководства системами, включающими людей Люди Документы Технологического управления управление агрегатами, станками и механизмами Машины, аппараты и технологические процессы Сигналы управления
Современные системы управления одновременно содержат элементы организационного и технологического управления и являются или преимущественно организационными, или преимущественно технологическими; АСУ, объединяющую элементы технологического и организационного управления, часто называют интегрированной (АСУ ЭС и АСУ ЭЭС интегрированные системы).
По степени автоматизации ввода вывода информации Ручной ввод информации и выработку рекомендаций (ручное управление) Машинный советчик Автоматический ввод информации и выработку рекомендаций советов Машинный советчик Автоматический ввод информации и автоматическую выдачу управляющих воздействий на объект АСУ технологическими процессами (АСУ ТП) Нужны устройства связи ПК с объектом
АСУ Поисковые СоветующиеУправляющие
Поисковая АСУ Система поиска информации об объекте некоторого класса. Поиск осуществляется по заданному требованию, которое в зашифрованном виде описывает классификацию свойств объекта. Такие системы применяются при библиографических поисках, поисках нужного «дела», описаний конструкции машины, близкой к проектируемой, списка патентов по заданному требованию или коду и т. д В условиях АСУ ЭС функции такой системы сводятся к выдаче ответов на запросы диспетчера (дежурного инженера). Он может задавать вопросы из некоторого заранее заданного списка, причем каждому запросу заранее присваивается некоторый номер (имя). Получив запрос, АСУ печатает его или отображает на экране, просит ввести необходимую для запроса информацию и указывает, какую именно. Введенная информация проверяется, и в случае ее явной ошибки АСУ просит ввести необходимые уточнения. После получения принятой информации АСУ выдаст необходимую справку.
Поисковая АСУ Система поиска информации об объекте некоторого класса. Поиск осуществляется по заданному требованию, которое в зашифрованном виде описывает классификацию свойств объекта. Такие системы применяются при библиографических поисках, поисках нужного «дела», описаний конструкции машины, близкой к проектируемой, списка патентов по заданному требованию или коду и т. д В условиях АСУ ЭС функции такой системы сводятся к выдаче ответов на запросы диспетчера (дежурного инженера). Он может задавать вопросы из некоторого заранее заданного списка, причем каждому запросу заранее присваивается некоторый номер (имя). Получив запрос, АСУ печатает его или отображает на экране, просит ввести необходимую для запроса информацию и указывает, какую именно. Введенная информация проверяется, и в случае ее явной ошибки АСУ просит ввести необходимые уточнения. После получения принятой информации АСУ выдаст необходимую справку.
Советующая АСУ Используется при оперативном управлении. Она представляет руководителям информацию, выявляющую отклонения от оперативного производственного плана. Это позволяет вносить в план коррективы или при больших отклонениях разработать новый оперативный план. Советующая система выявляет возможности ускорения или улучшения выполнения производственного процесса в каждый (даже небольшой) период времени и сообщает об этом оператору ЭС. Если оператор не сочтет нужным реализовать представленный ему совет, АСУ должна начать накапливать данные о потерях энергоресурса из-за невыполнения совета и напечатать эти данные в конце смены, указав причину появления потерь. Если процесс идет строго по плану, а возможностей улучшения режима нет, советующая система не должна выдавать никакой информации (кроме необходимой для статистического учета и ведения архивной документации, которая накапливается в АСУ автоматически помимо оператора).
Управляющая система Решает те же задачи, что и советующая, но часть рекомендаций выдает в виде управляющих сигналов непосредственно для управления некоторыми технологическими объектами (пуск и останов агрегатов, регулирование частоты и перетоков мощности и др.).
Основные принципы построения АСУ АСУ целесообразны в первую очередь в наиболее крупных энергосистемах, где они могут дать наибольший эффект. Наиболее эффективны в задачах, которые носят оптимизационный характер Принцип типизации АСУ отражает стремление максимального использования типовых решений. Отдельные подсистемы АСУ ЭС или ЭЭС можно разрабатывать, набирая их из типовых задач. Типизируется состав комплекса технических средств АСУ снижаются затраты и ускоряется процесс создание АСУ.
Принцип системного подхода Создание АСУ должно осуществляться после проведения комплекса организационных, методологических и технических мероприятий. Нужно выбрать обоснованные и четкие критерии, по которым оценивают работу отдельных подразделений, установить новые методы стимулирования ее работников. При внедрении АСУ могут измениться организационная структура, функциональные обязанности различных звеньев управления, документооборот и сложившиеся информационные потоки.
Методологическое единство Предполагает одинаковость главных концепций и последующую возможность унификации и объединения АСУ разных уровней в единую систему
Принцип первого руководителя предусматривает обязательное участие директора или главного инженера энергообъекта в разработке АСУ, поскольку внедрение АСУ связано с коренными изменениями в понимании задач управления.
Принцип автоматизации документооборота Предусматривает непосредственный и одноразовый ввод первичных нормативов и сведений без их укрупнения(агрегирования), совмещение подготовки и ввода в АСУ исходных данных с подготовкой первичного документа. При проектировании потоков информации в АСУ за основу можно положить вторичный (выходной) документ и на его основании синтезировать первичные потоки информации. Такой подход называется иногда принципом первичности вторичного документа.
Укрупненное представление АСУ Техническое обеспечение (комплекс технических средств АСУ (КТС АСУ)); программное, или математическое информационное (система и правила сбора, хранения и переработки информации); организационно-методическое; Кадровое Правовое
Управление генерацией н обменом активной мощности в государстве осуществляется с помощью многоуровневой иерархической системы (МИС) управления, включающей в себя объединенное диспетчерское управление, районные диспетчерские управления, АСУ электростанций и подстанций.
Компоненты АСУ ТП оперативный персонал; организационное обеспечение; информационное обеспечение; техническое обеспечение; программное обеспечение; (математическое обеспечение).
Техническое обеспечение включает в себя: средства получения информации; средства формирования и передачи информации; средства локального регулирования и управления; средства вычислительной техники; исполнительные механизмы; средства передачи информации в смежные и вышестоящие АСУ.
Структура систем управления
Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, а также пути передачи воздействий между ними. Графическое изображение структуры управления называется структурной схемой. Хотя исходные данные для выбора структуры управления и ее иерархии с той или иной степенью детализации оговариваются заказчиком при выдаче задания на проектирование, полная структура управления должна разрабатываться проектной организацией.
Результат функционирования объекта, характеризующийся параметрами х 1, х 2,..., хn - величины, характеризующие целесообразный конечный продукт технологического процесса, отдельные параметры, определяющие ход технологического процесса, его экономичность, обеспечение безаварийного режима и т.д. Кроме этих основных параметров, работа комплексного объекта автоматизации характеризуется рядом вспомогательных параметров y1, y2,... yi, которые также должны контролироваться и регулироваться (например, поддерживаться постоянными). К такого рода параметрам можно отнести, например, величины, характеризующие работу установок подготовки технологического пара, насосных станций оборотного водоснабжения, частота тока и т. д.
В процессе работы на объект поступают возмущающие воздействия f1, f2,... fi, вызывающие отклонения параметров x1, х 2,..., хn от их требуемых значений. Информация о текущих значениях x1, х 2,..., хn, у 1, у 2,..., yi поступает в систему управления и сравнивается с предписанными им значениями g1, g2,..., gk, в результате чего система управления вырабатывает управляющие воздействия E1, E2,…, Em для компенсации отклонений выходных параметров.
Объект автоматизации в общем случае состоит из нескольких в большей или меньшей степени связанных друг с другом участков управления. Участки управления физически могут представляться в виде отдельных установок, агрегатов и т. д. или в виде локальных каналов управления отдельными параметрами одних и тех же установок, агрегатов и т. д.
Системы управленияцентрализованные Одно- уровневые Много- уровневые децентрализованные Одно- уровневые Много- уровневые
Одноуровневые системы управления, в которых управление объектом осуществляется с одного пункта управления, называются централизованными. Одноуровневые системы, в которых отдельные части сложного объекта управляются из самостоятельных пунктов управления, называются децентрализованными.
Одноуровневые централизованные системы применяются в основном для управления относительно несложными объектами или объектами, расположенными на небольшой территории.
Если управление комплексного объекта построить по одноуровневой централизованной системе, то намного усложнятся коммуникации системы управления, резко возрастут затраты на ее сооружения и эксплуатацию, центральный пункт управления получится громоздким. Переработка информации, большая часть которой является ненужной для непосредственного ведения технологического процесса, представляет большие затруднения. Удаленность пункта управления от того или иного вспомогательного подобъекта затрудняет принятие оперативных мер по устранению тех или иных неполадок. В этом случае более приемлемой становится одноуровневая децентрализованная система управления. Однако с помощью одноуровневых систем не всегда представляется возможным оптимально решить вопросы управления технологическими процессами. Это в первую очередь относится к сложным технологическим процессам.
Трехуровневая системы управления: I - III - уровни управления
Отдельные технологические установки управляются децентрализованно с пунктов управления Это первый уровень управления. С пунктов соответственно управляются объекты, имеющие существенную технологическую взаимосвязь. В связи с этим наиболее ответственные регулируемые параметры установок передаются на пункты управления второго уровня управления. Основные параметры, определяющие технологический процесс объекта в целом, могут управляться и контролироваться с пункта управления 11 третьего уровня.
Для первого уровня при проектировании целесообразно предусматривать три режима управления: командами, поступающими от уровня более высокого ранга; командами, формирующимися непосредственно на первом уровне; командами, поступающими как с уровня более высокого ранга, так и формирующимися непосредственно на первом уровне.
Для уровня второго ранга и выше возможны четыре режима работы: аппаратура данного i-го ранга принимает и реализует в управляющие воздействия команды (i + 1)-го ранга; команды формируются непосредственно на аппаратуре i-го ранга; все функции управления с i-го ранга передаются на аппаратуру (i - 1)-го ранга; часть команд на аппаратуру i-го ранга поступает с (i + 1)-го ранга, часть команд формируется на i-м ранге, часть функций управления передана на аппаратуру (i- 1)-го ранга.
Аппаратура i-го ранга соответственно должна иметь переключатели режимов на три положения с четкой сигнализацией положений. Перевод аппаратуры с режима 1 на режим 2 осуществляется по команде или с разрешения оператора системы вышестоящего ранга. Передача функций управления тем или иным параметром на нижестоящий ранг осуществляется только после приема команды о передаче и подтверждения оператора системы нижестоящего ранга о готовности к принятию на себя тех или иных функций управления (формирования команд).
АСУ ТП классифицируются на уровни классов 1, 2 и 3. К классу 1 (АСУ ТП нижнего уровня) относятся АСУ ТП, управляющие агрегатами, установками, участками производства, не имеющие в своем составе других АСУ ТП. К классу 2 (АСУ ТП верхнего уровня) относятся АСУ ТП, управляющие группами установок, цехами, производствами, в которых отдельные агрегаты (установки) имеют свои локальные системы управления, не оснащенные АСУ ТП класса 1. К классу 3 (АСУ ТП многоуровневые) относятся АСУ ТП, объединяющие в своем составе АСУ ТП классов 1, 2 и реализующие согласованное управление отдельными технологическими установками или их совокупностью (цехом, производством).
Построение систем автоматизации по уровням управления определяется как требованиями снижения трудозатрат на их реализацию, так и целями (критериями) управления технологическими объектами. Система автоматизации структурно может быть представлена по-разному. В общем случае любая система может быть представлена конструктивной, функциональной или алгоритмической структурой. В конструктивной структуре системы каждая ее часть представляет собой самостоятельное конструктивное целое.
В функциональной структуре каждая часть предназначена для выполнения определенной функции, в алгоритмической - для выполнения определенного алгоритма преобразования входной величины, являющегося частью алгоритма функционирования системы в целом. В проектах автоматизации изображают конструктивные структурные схемы с элементами функциональных признаков. Полные сведения о функциональной структуре с указанием локальных контуров регулирования, каналов управления и технологического контроля приводятся в функциональных схемах.
Алгоритмические структурные схемы по контурам регулирования крайне необходимы при производстве наладочных работ систем автоматизации. ММ - это система математических соотношений, описывающих поведение объекта управления. Пользуясь моделью, можно проверить различные управляющие воздействия, получить реакцию модели на эти воздействия, проверить достижение принятого критерия управления и выработать оптимальное управляющее воздействие. Переработка информации осуществляется по алгоритмам. Программное обеспечение - конкретная реализация машинных алгоритмов функционирования системы управления.