Примеры управления производственными системами

Управление комплексом АЛП-3. Для управления гибким автоматизированным комплексом АЛП-3, предназначенным для механической обработки корпусных деталей, используется автоматизированная система управления с управляющей ЭВМ. ЭВМ имеет два накопителя на магнитных дисках, устройства ввода-вывода на различные носители информации, печатающие устройства, станцию индикации данных (дисплей).

Для связи с объектами управления и оперативным персоналом к ЭВМ через устройства сопряжения с объектом (УСО) присоединены: локальные пульты управления для операторов рабочих позиций; датчики считывания кодов спутников; датчики считывания кодов инструмента.

Программное обеспечение системы управления включает системное программное обеспечение управляющей ЭВМ (операционная система, система программирования и др.) и прикладной программный комплекс.

Прикладной программный комплекс разбит на головную управляющую программу и 11 программных подсистем. Головная управляющая программа обеспечивает взаимодействие всех программных подсистем и выполняет в системе управления диспетчерские функции. Каждая программная подсистема решает определенную задачу управления или выполняет необходимую для управления вспомогательную функцию.

Программные подсистемы решают следующие задачи:

· процесс запуска комплекса в работу;

· защита и восстановление информационной модели системы;

· управление металлообрабатывающими станками комплекса (две подсистемы);

· управление транспортными потоками;

· формирование информационных массивов для подсистем управления станками;

· управление инструментальным обеспечением комплекса (две подсистемы);

· плановый останов комплекса;

· взаимодействие с контрольно-измерительной позицией комплекса (позиция обслуживается оператором);

· ввод, хранение и редактирование управляющих программ для оборудования с ЧПУ.

Система управления обеспечивает следующие режимы работы комплекса: запуск в работу, рабочий режим, наладочный режим, режим планового останова.

Модульная система управления для механообрабатывающих ГПС. Модульная структура управляющих комплексов обеспечивает прозрачность и возможность модификации в соответствии со спецификой производства. Многочисленность различных задач управления, выполняемых на разных уровнях, требует весьма гибкой и иерархически структурированной системы управления ГПС. На рис. 207 показана структура управляющей системы, основанной на базовой системе ЭВМ «Роботрон А 6402» и информационной системе «Роботрон А 6422 с интерфейсом «MUX K 8523 для подключения устройств ЧПУ.

Система управления включает две взаимодействующие ЭВМ. Эти ЭВМ за счет мультиплексоров связаны с микроЭВМ, обладающими собственными внешними устройствами и памятью. Каждая из микроЭВМ является автономной подсистемой.

При разработке общей концепции системы управления учтен аспект перехода к локальным сетям с распределенными микроЭВМ.

Управление в химическом производстве. Гибкие производственные системы находят применение в различных отраслях. Так в химической промышленности получают распространение гибкие автоматизированные производственные системы (ГАПС) химико-технологического назначения. Функционирование каждой подсистемы ГАПС осуществляется при помощи локальных систем управления, реализуемых на базе микроЭВМ.

Координацию функционирования отдельных подсистем ГАПС выполняет ЭВМ более высокого уровня, информационное взаимодействие которой с локальными системами осуществляется через мультиплексор передачи данных. Мини-ЭВМ снабжена банком данных, к ней организован доступ оператора ГАПС. С ЭВМ связан пульт ремонтника. В качестве терминальных устройств используются видеотерминалы, печатающие устройства и другие устройства ввода-вывода информации.

Информационно-управляющая система ГАПС имеет иерархическую структуру и образована рядом подсистем. Нижние уровни информационно-управляющей системы представлены автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУ ТП), а верхние – системой оперативного управления производством (СОУ).

Непосредственное управление технологическим процессом химико-технологической системы (ХТС) осуществляет АСУ ТП. Эта система решает ряд задач управления, которые образуют свою иерархию (рис. 208). Нижний уровень АСУ ТП представлен подсистемами информационного контроля и автоматического регулирования режимных параметров технологических процессов.

Второй уровень управления образуют задачи управления сменой функциональных состояний технологических аппаратов периодического действия (задача циклового управления).

Верхний уровень задач АСУ ТП представляют задачи управления взаимодействием технологических аппаратов и материальными потоками (например, транспортированием реакционной массы из одних аппаратов в другие).

Автоматическое регулирование режимных параметров реализуется на ЭВМ с использованием классических законов ПИ- или ПИД-регулирования. Требуемый закон формируется программно из типовых программных модулей.

Такие операции, как выход на рабочий режим или выход из рабочего режима (например, нагрев до рабочей температуры) за минимальное время управляются с использованием релейного (двухпозиционного) закона регулирования, оптимизированного на основе принципа максимума Л. С. Понтрягина.

Управление в шинной промышленности. Системы управления технологическими процессами на шинных и резинотехнических предприятиях строятся с использованием изложенных принципов и реализуются как на базе дискретной автоматики, так и с применением ЭВМ.

Система управления типа СУРД используется на производствах резинотехнических изделий и служит для автоматизированного управления поточными линиями приготовления резиновых смесей. Она состоит из стойки блоков, пульта управления резиносмесителем, щита с мнемосхемой, пультов местного управления резиносмесителями и дозаторами.

Техническая характеристика системы:

· общее число весовых дозаторов – до 12;

· общее число навесок из весовых дозаторов – до 56;

· число питателей на одном дозаторе – до 6;

· питатели обеспечивают две скорости дозирования для грубой и точной дозировки;

· величина уставки для отключения питателя грубого дозирования составляет 6, 8, 10, 12 %;

· величина уставки для отключения точного питателя с учётом компенсации запаздывания падающего материала – от 0 до 3 % от максимального веса.

Задание программы предусмотрено как с помощью перфокарты, так и с помощью штекерных коммутаторов. Выполнена СУРД на слаботочных малогабаритных реле, смонтированных в виде блоков. Блоки располагаются в стойке, что позволяет легко их снимать и заменять.

В качестве датчиков веса используются бесконтактные сельсины. Цикл подготовки ингредиентов заключается во взвешивании их по заданным рецептам и выдачи ингредиентов в промежуточные сборные ёмкости и производится параллельно с циклом смешения предыдущей группы ингредиентов и заканчивается до начала следующего цикла.

Наличие двух коммутаторов позволяет заранее набрать программу в случае замены смеси и начать цикл подготовки компонентов по новой программе за то же время смешения, которое было запрограммировано в старом варианте. Система предусматривает возможность переключения любого механизма поточной линии на локальный режим управления.

Система управления типа САД обеспечивает управление дозированием ингредиентов и каучуков и применяется на многих шинных заводах для управления работой технологического оборудования поточных линий, начиная от расходных бункеров смесительного отделения и кончая выходом готовых смесей.

Техническая характеристика системы:

· число весовых дозаторов – 12;

· на мнемонических схемах в помещении оператора отображается состояние всех элементов технологического процесса. При аварии загораются соответствующие индикаторы.

· длительность минимального цикла навески – 1,5 мин;

· общее число сыпучих и жидких ингредиентов – до 40;

· число питателей для одних весов – до 5;

· точность дозирования – ± 0,5 % от предела измерения весов;

· дискретность задания веса – 0,2 %;

· автоматическое управление весами-дозаторами с компенсацией запаздывания падающего материала – до 6 %.

Установка обеспечивает автоматический выбор материала в соответствии с заданным рецептом смеси, возможность управления питателями, имеющими одну или две скорости, и возможности двукратных навесок на одних весах. Программа работы системы САД задается на перфокарте или с помощью штекерного коммутатора.

Система САД выполнена на логических бесконтактных элементах, собранных в легкосъёмные блоки, а релейно-контактную аппаратуру система использует только в силовых цепях (внешние цепи для управления исполнительными механизмами).

Основные функции САД:

· программное управление процессами автоматического дозирования компонентов смесей;

· программное управление процессами полуавтоматического дозирования компонентов, не пригодных для автоматической дозировки, с автоматическим контролем и сигнализацией каждой промежуточной навески;

· программирование числа комплексных навесок с автоматическим отсчетом каждой выданной навески и возможность ручного ввода поправок;

· обеспечение возможности автоматической смены перфокарт после отработки заданного числа комплексных навесок;

· автоматический выбор материала (питателя) в соответствии с заданной рецептурой смеси;

· обеспечение возможности автоматического управления весами с компенсацией запаздывания падающего материала при дозировании;

· программирование процессов разгрузки между отдельными технологическими операциями и временных интервалов;

· обеспечение возможности визуального наблюдения за ходом технологических процессов с помощью мнемосхемы.

Обе системы в значительной степени морально устарели и служат примером развития подхода к проектированию автоматизированных систем управления технологическим процессами шинной промышленности. В современных условиях системы автоматизированного управления строятся с использованием ЭВМ.

Системы управления на основе ЭВМ предназначены для контроля, регулирования и циклового управления операциями технологического процесса приготовления резиновых смесей. К таким операциям относятся:

· дозирование каучуков и ингредиентов к смесительным агрегатам;

· контроль и указание порции ингредиентов, дозируемых вручную;

· загрузка каучука и других функций.

Рецептура резиновых смесей кодируется и записывается на сменный программоноситель (например, на перфоленту). Для настройки ЭВМ на заданную программу работы в оперативную память машины вводят требуемый рецепт и необходимые уставки. Последние вводятся оператором с помощью телетайпа. В устройстве оперативной памяти ЭВМ одновременно хранятся два рецепта: рецепт приготовляемой резиновой смеси и рецепт следующей смеси, которая должна готовиться на очередном этапе процесса.

Управляемое оборудование оснащено необходимыми датчиками (например, датчиками веса) и исполнительными механизмами. При дозировании материала на автоматических весах решается задача автоматического регулирования массы навески. В этом случае датчик веса замыкает обратную связь контура регулирования, выдавая информацию о текущем значении массы дозируемого материала. Уставка для требуемой массы навески хранится в оперативной памяти ЭВМ.

Благодаря высокой скорости работы ЭВМ, одна ЭВМ в состоянии обслужить все автоматические весы, установленные в цехе. Продолжительность сканирования для каждых весов составляет несколько микросекунд.

Система с управляющей ЭВМ обеспечивает:

· автоматический режим дозирования компонентов;

· контроль уровня материалов в расходных ёмкостях;

· оперативную смену рецептов смеси и режимов смешения;

· автоматический контроль потребляемой мощности в процессе смешения и контроль температуры смеси;

· автоматическую выгрузку готовой смеси;

· сигнализацию отклонений от нормальных параметров в процессе дозирования и смешения;

· регулирование частоты вращения рабочих органов.

Применение ЭВМ весьма эффективно вследствие высокого быстродействия, наличия памяти для одновременного хранения нескольких рецептов и соответствующих программ режимов их приготовления.

Автоматизированная система управления технологическим процессом изготовления резиновых смесей имеет двухуровневую иерархическую архитектуру. Нижний уровень образует АСУ ТП технологических участков: резиносмешения, централизованной развески химикатов, склада технического углерода. Нижний уровень выполнен на базе управляющего вычислительного комплекса УВК типа СМ1634, который устанавливается в специальном помещении.

Для управления каждым технологическим участком устанавливается отдельный терминал ТВСО-1 (в составе УВК СМ1634). Каждый терминал (технологический комплекс) представляет собой две приборных стойки и отдельно стоящие дисплей и печатающее устройство. В нижней части стоек находятся кроссовые панели с клеммными колодками для подключения кабелей от внешних устройств.

Верхний уровень (организационно-технологическое управление) представлен персональной ЭВМ, связанной с УВК. В свою очередь ПЭВМ второго уровня связана с верхним уровнем (организационно-технологическое управление в масштабах завода).

С появлением программируемых контроллеров появилась возможность децентрализации управления технологическим процессом. Контроллер берёт на себя управление каждым технологическим участком и устанавливается в непосредственной близости от технологического оборудования (нижний уровень). В результате отпадает необходимость в специальном помещении для ЭВМ и в многочисленных кабельных соединениях.

Таким образом, переход от единого УВК к децентрализации управления технологическим процессом за счёт применения современных ПЭВМ, позволяет значительно уменьшить затраты на изготовление и монтаж таких систем с одновременным увеличением их надёжности и функциональных возможностей.

АСУ ТП спиртового производства. Примером современного подхода к решению задачи автоматизации управления технологическим процессом может служить показанная на рис. 209 АСУ ТП спиртового цеха. АСУ ТП спиртового цеха состоит из трех уровней: уровень управления оборудованием (нижний уровень), уровень оперативного управления и административный уровень.

На уровне управления оборудованием использован промышленный контроллер МФК фирмы Текон. На верхних уровнях применены IBM – совместимые персональные компьютеры.

Промышленный контроллер непосредственно взаимодействует с управляемым оборудованием и имеет следующие модули ввода-вывода:

· 2 аналоговых модуля ввода сигналов термосопротивлений;

· 2 аналоговых модуля ввода-вывода;

· 1 аналоговый модуль ввода;

· 1 дискретный модуль ввода-вывода;

· модуль локальной сети Ethernet.

Компьютеры и промышленный контроллер объединены в локальную вычислительную сеть. Однако контроллер может функционировать и автономно. Предусмотрено сохранение данных о текущем режиме работы системы и «безударный» перезапуск контроллера в случае кратковременной остановки.

Контроллер воспринимает сигналы от термосопротивлений, пневмоэлектрических преобразователей и дискретных датчиков. В результате обработки этих сигналов выдаются команды на приводы задвижек (используется ПИД-регулирование).

На уровне оперативного управления осуществляется контроль хода процесса оператором, изменение уставок регулирования, распечатка сменного рапорта. Административный уровень предусматривает выдачу сведений о ходе процесса и архивных сведений администрации.

Программное обеспечение системы управления разработано и поддерживается с помощью инструментальной SCADA-системы Trace Mode российской фирмы AdAstra.

Системы управления ГПС фирмы Ситроен для обработки корпусных деталей с размерами до 500´500´500 мм при объеме партии 15–80 деталей (структурная схема приведена на рис. 210). В состав ГПС входят два обрабатывающих центра с цепными магазинами на 50 инструментов, четыре автоматических транспортных тележки с индуктивным управлением, автоматизированный склад, координатную измерительную машину, моечную машину и промышленный робот.

Система управления является иерархической и включает две ЭВМ типа Solar. Постоянно используется одна ЭВМ, вторая предназначена для расширения системы и на случай отказа первой ЭВМ.