1.1.2. Устройства связи с объектом (усо).

Почти все технологические параметры, присутствующие в реальном технологическом объекте. имеют аналоговый или дискретный вид. Существует много датчиков, которые могут преобразовывать измеряемые величины только в аналоговый вид (напряжение, сопротивление, давление), а также много исполнительных механизмов, имеющих только аналоговые входные сигналы. Для того, чтобы связать между собой параметры, представленные в аналоговом и цифровом видах, в современной АСУТП используют устройства связи объектом.

Модули УСО - это конструктивно законченные устройства, выполненные в виде модулей, устанавливаемых, как правило, в специализированные платы с клеммными соединителями или стандартный DIN-рельс.

На УСО возлагаются следующие функции:

1) Нормализация аналогового сигнала, т.е. приведение границ шкалы первичного непрерывного сигнала к одному из стандартных диапазонов входных сигналов АЦП.

2) Предварительная низкочастотная фильтрация аналогового сигнала - ограничение полосы частот первичного непрерывного сигнала с целью снижения влияния на результат измерения помех различного происхождения.

3) Обеспечение гальванической изоляции между источниками сигнала и каналами системы.

Помимо этих функций ряд УСО может выполнять более сложные функции за счет наличия в их составе АЦП, дискретного ввода-вывода, микропроцессора и интерфейсов передачи данных.

По характеру обрабатываемого сигнала УСО можно разделить на аналоговые, дискретные и цифровые.

Аналоговые УСО (аналого-цифровые преобразователи АЦП, цифро-аналоговые преобразователи ЦАП и др.) должны обладать большой точностью, линейностью и большим напряжением изоляции.

Дискретные УСО обеспечивают опрос датчиков с релейным выходом, выключателей, контроля наличия напряжения в сети и т.д., а выходные дискретные УСО формируют сигналы для управления пускателями, двигателями и прочими устройствами. Дискретные УСО удовлетворяют тем же требованиям, что и аналоговые, но, кроме того, обладают минимальным временем переключения, а выходные могут обеспечивать коммутацию более высоких токов и напряжений.

1.1.3. Аппаратная и программная платформа контроллеров.

Промышленные контроллеры и компьютеры. расположенные на средне уровне АСУТП играют роль управляющих элементов. принимающих цифровую информацию и передающих управляющие сигналы.

В настоящее время роль контроллеров в АСУТП в основном исполняют PLC (Programmable Logic Controller - программируемые логические контроллеры) зарубежного и отечественного производства. Наиболее популярны нашей стране PLC таких зарубежных производителей, как Allen-Braidly, Siemens, ABB, Modicon, Delta V, а также отечественные модели: «Ломиконт», «Ремиконт», Ш-711, «Микродат», «Эмикон» и др.

Классификация технологических процессов и производств как ТОУ

Классификация технологических процессов и производств как ТОУ [3 стр. 3].

1. По тоннажу продукции и структуре ассортимента:

Крупнотоннажные ТОУ – ориентированные на продукцию конкретной, фиксированной номенклатуры с объемами выпуска: сотни – десятки тысяч тонн.

Малотоннажные ТОУ – ориентированные на выпуск продукции разнообразной и быстро меняющейся номенклатуры, с объемами выпуска: граммы – десятки тонн.

2. По характеру временного режима функционирования:

ТОУ периодического действия – ТОУ, в которых аппараты (ТО) работают в циклическом режиме, а технологические процессы (ТП) представляют собой последовательность технологических и организационных операций, имеющих конечную продолжительность.

Термину «периодический процесс», принятому в химической технологии соответствует общесистемный термин «дискретный процесс».

ТОУ непрерывного действия – ТОУ, в которых аппараты работают непрерывно, на вход аппарата непрерывно подаются исходные реагенты, на выходе аппарата непрерывно отводятся выходные продукты, а технологический процесс ведется в установившемся режиме.

ТОУ полунепрерывного действия – ТОУ, в которых аппараты функционируют непрерывно только в пределах интервала времени, необходимого для переработки конечной порции сырья или промежуточного продукта.

В этих пределах в аппараты непрерывно подаются исходные реагенты, а с выходов – непрерывно отводятся продукты. Технологические процессы ведутся в установившемся режиме. Между интервалами времени работы аппараты находятся в режиме ожидания.

3. По степени важности ТОУ в производстве.

Основные ТОУ – ТОУ для реализации основных технологических процессов производства.

К основным ТОУ относят процессы и оборудование для реализации стадий подготовки сырья, химического синтеза, разделения и очистки целевых продуктов.

Вспомогательные ТОУ – к вспомогательным ТОУ относят процессы и оборудование для временного хранения исходных реагентов, промежуточных и конечных продуктов, осуществления транспортных операций.

4. По информационной емкости ТОУ.

Степень сложности ТОУ характеризуется информационной сложностью объекта.

Информационная сложность объекта – определяется числом технологических параметров, участвующих в управлении.

Таблица 2.1 - Классификация ТОУ по информационной емкости

Информационная емкость объекта	Число параметров, участ-вующих в управлении	Пример ТОУ
Минимальная	10-40	Насосная станция –резиносмеситель
Малая	41-160	Массообменная колонна
средняя	161-650	Установка первичной перегонки нефти
повышенная	651-2500	Производство этилена
высокая	2500-более	Производство технического углерода

5. По характеру параметров управления.

ТОУ с сосредоточенными параметрами – ТОУ, в которых регулируемые параметры (в данный момент времени, в разных точках аппарата), имеют одно значение соответствующего параметра.

ТОУ с распределенными параметрами – ТОУ, в которых значения параметров неодинаковы в различных точках объекта в данный момент времени. Большинство процессов химической технологии являются объектами с распределенными параметрами.

Пример: температура и концентрация по высоте ректификационной колонны.

Управлять объектами с распределенными параметрами, как правило, сложнее, чем объектами с сосредоточенными параметрами.

6. По типу технологического процесса.

Гидромеханические процессы – процессы, осуществляющие перенос количества движения (перемещение жидкостей и газов, разделение неоднородных систем, перемешивание, очистка газов).

Тепловые процессы – процессы переноса энергии в форме теплоты теплопроводностью, конвекцией, излучением (нагревание, охлаждение, выпаривание, кристаллизация, искусственное охлаждение).

Массообменные процессы – процессы перемещения вещества в пространстве за счет разности концентраций (ректификация, абсорбция, адсорбция, сушка, экстракция). Механические процессы – процессы переработки твердых материалов под действием механических сил (измельчение, дозирование, сортировка, перемещение).

Химические процессы – процессы, характеризующие образование новых, отличающихся от исходных по химическому составу или строению, веществ при сохранении общего числа атомов и изотопного состава (окисление, восстановление, синтез, разложение солей, образование гидроксидов, нейтрализация, дегидратация, электролиз, нитрование, сульфирование, щелочное плавление, алкилирование, полимеризация, омыление, гидрогенизация, переэтерификация, ароматизация, изомеризация, крекинг и др.).

Технологические процессы одного типа (например, процессы на-гревания) могут отличаться аппаратурным оформлением, свойствами перерабатываемых веществ и т.д. Однако они протекают по одним и тем же законам и характеризуются аналогичными зависимостями меж-ду параметрами (например, между температурой, давлением и расхо-дом теплоносителей).

Для процессов одного типа, протекающих в аппарате наиболее распространенной конструкции, может быть разработано решение по автоматизации, в принципе приемлемое для всех разновидностей этих процессов. Оно называется типовым решением автоматизации.

Типовое решение значительно облегчает работу по автоматизации для каждого конкретного случая.

В некоторых объектах протекают процессы, подчиняющиеся различным законам. Например, технологический процесс в ректификационной колонне подчиняется законам гидродинамики (так как происходит перемещение потоков), тепло- и массопередачи (потому что между потоками жидкости и пара постоянно осуществляется тепло- и массообмен). Автоматизировать такие процессы намного сложнее, чем процессы, протекающие только по одному закону.