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.).