Система управления технологическими процессами

(1% (И) З(5 В С 07 С 3 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(проГОСУДФРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ по авт.св.В 734763, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью расширения функщюнальных возможностей и повышения надежности системы, в центральныйпункт управления введен блок приемаинициативных сигналов, а в каждыйпериферийный пункт - пороговый элемент, вход которого соединен с первымвходом датчика, а выходы - с входамиблока приема инициативных сигналов,выходы которого соединены с соответствующими входами вычислительногоблока.тентЦ, г, Ужгород, ул ИИПИ Заказ 5312/38 .Тираж 50Фили ППП писноетная, 4Изобретение относится к автоматике и автоматизированным системам управления и может быть использовано для управления различными технологическими процессами, в частности для построения АСУ ТП гальванопроизводст. ва.По основному авт,св.734763 известна система для контроля и управления технологическими процессами, О содержащая установленные на централь. ном пункте блок сигнализации, один из выходов которого подключен к входу пульта, выходы которого соединены с одним из входов регистратора, ин дикатора и вычислительного блока, один из выходов которого подключен кдругому входу индикатора и регистратора и установленнные на периферийных пунктах датчик, регулятор, выход 20 которого подключен к входу позиционера и к одному из входов реле защиты, другой вход которого соединен с другим выходом датчика, выход реле защиты подключен к одному из входов 25 исполнительного механизма, другой вход которого соединен с выходом позиционера, блок управления и блок передачи, блок приема и элемент И, на центральном пункте входы блока управ ЗО пения соединены с однм выходом блока сигнализации и с другим выходом вычислительного блока, выходы блока управления подключены к одному из входов блока сигнализации и к одному из входов блока передачи, дру- . гой вход которого соединен с другим выходом вычислительного блока, выход блока передачи и другой вход блока сигнализации подключен через линию 40 связи соответственно к входу блока приема и выходу элемента И всех периферийньгс пунктов, входы элемента И каждого периферийного пункта соединены с другим выходом,цатчика и одним 45 из выходов блока приема своего периферийного пункта, выход блока приема каждого периферийного пункта подключен к входу регулятора. Известная система позволяет проводить контРоль и управление технологическим процессом, осуществляя последовательный оп - рос датчиков, расположенных в точках, где осуществляется контроль 11.Недостатком известной системы яв ляются узкие функциональные возможности и низкая надежность работы. Это выражается в том, что система для контроля и управления технологическими процессами не позволяет зафиксировать нарушения хода технологического процесса и провести его регулирование, как только такое нарушение возникает. Нарушение будет обнаружено только в момент очередного опроса датчика, контролирующего процесс в данной точке. В течение интервала времени, с момента сбоя хода технологического процесса дс его обнаружения, протекание технологического процесса не будет соответствовать заданному режиму, что в конечном итоге приводит либо к браку, либо к авариям, возможные последствия которых трудно устраним Причем в таких системах как АСУ ТП гальванопроизводства, где количество контролируемых точек достигает нескольких сотен, увеличивается интервал времени между очередными опросами датчиков, что увеличивает вероятность брака или аварии, Предложенная система управления технологическими процессами осуществляет процесс регулирования как только в этом возникает необходимость, а также позволяет предотвращать аварии и значительно сократить процент брака, что в конеч - ном итоге повышает надежность системы.Цель изобретения - расширение фун.кциональных возможностей системы путем оперативного контроля и управления технологическими процессами иповышение ее надежности,Поставленная цель достигается тем,что в систему управления технологическими процессами введены в центральный пункт - блок приема инициативныхсигналов, а в каждый периферийныйпункт - пороговый элемент, вход которого соединен с первым входом датчика,а выходы - с входами блока приемаинициативных сигналов, выходы которого соединены с, соответствующими входами вычислитепьного блока.На фиг.1 приведена функциональнаясхема предлагаемой системы; на фиг.24 - функциональные схемы блоков 4, 5и 3 соответственно,Система управления технологическими процессами содержит центральный пункт 1, периферийные пункты Л , 222 , блок 3 управления, блок 4Оприема инициативных сигналов, блок 5 сигнализации, блок 6 передачи, пульт 7 управления, вычислительный4561 з 110Ф блок 8, регистратор 9, индикатор 10 датчики 11 , 11 , , 11 , пороговые элементы 121 1 э , ,. 12 п элемент И 13 , 13 , , 13 , блоки 14 14 , , 14" приема, регуляторы 15, 15, , 15, реле 16, 1616" защиты, позиционеры 17 72Ф 17, , 17, исполнительные механизмы 18, 18, , 18, первичные преобразователи 19", 19, , 19, О вторичные преобразователи 20 20ПЭ Ф20, шины 21-23 для передачи информации и состоянии объекта и управляющих сигналов,Первый выход блока 3 управления подключен к одному из входов блока 5 сигнализации, а второй -выход к перво. му входу блока 6 передачи, Первый выход блока 5 сигнализации подключен к входу пульта 7 управления, выход которого соединен с одним из входов вычислительного блока 8 и с первыми входами регистратора 9 и индикатора 10, вторые входы которых подключены к первому выходу вычислительного25 блока 8. Второй выход вычислительного блока 8 подключен к второму входу блока 6 передачи и к первому входу блока 3 управления, второй вход которого соединен с вторым выходом бло- ЗО ка 5 сигнализации. У датчиков 112 иЭ 11, .., 11, расположенных на периферийных пунктах 2 , Р, , 2 , пер вые выходы соединены с первыми входами элементов И 13 , 13 , , 13 , и 35 с входами пороговых элементов 122 -п12, , 12, первые и вторые выходы которых через шину 21 подключены к соответствующим входам блока 4 приема инициативных сигналов, выходы послед него подключены к соответствующим входам вычислительного блока 8. Вторые входы элементов И 13 , 13 , , 13 " соединены с вторыми выходами блоков2 и14 , 14 , , 14 приема, а выходы 45 по шине 22 подключены к соответству ющим входам блока 5 сигнализации. Выходы блока 6 передачи через шину 23 соединены с входами блоков 144д14, , 14 приема, первые выходы 50 которых заведены на регуляторы 15 2 и15 15 . Выходы регуляторов 15, 15, , 15 подключены к позиционерам 17 , 17 , , 17 и к первым входам реле 16 , 16 , , 16 55 защиты, вторые входы которых соеди иены с вторыми выходами датчиков 11 11 ,. , 11 . Входы исполнительныхИ 4механизмов 18, 18, , 18" соединены с выходаии позиционеровЭ17, , 17 и с выходами реле 16Э16, , 16 защиты,РБлок ч приема инициативных сигналов является нестандартньм.Блок 4 приема инициативных сигналов состоит из элементов 24 24О3 У24 памяти, элемента ИЛИ 25,модуля 26 ввода инициативных сигналов.Количество элементов 24 24У24 памяти определяется числом периферийных пунктов 2 2 22Входы элементов 24 , 242, , 24памяти через шину 21 соединены с соответствующими выходами пороговыхэлементов 12", 12 , 12 . Элементы 24 , 24 , , 2- памяти могутбыть выполнены в виде5 -триггеров.Выходы элементов памяти соединены свходами элемента ИЛИ 25, вьжод которого подключен к входу модуля 26 ввода инициативнпх сигналов. Выход модуля 26 ввода инициативных сигналов ивыходы элементов 24", 24 , , 24 Ппамяти соединены через шину с соответствующими входами вычислительногоблока 8, Вычислительный блок 8 можетбыть выполнен на основе микро-ЭВ,например Электроника НЦ. Информацияв вычислительный блок 8, если он выполнен на основе микро-ЭВК, вводитсячерез магистраль микро-ЭВМ.В состав датчиков 1 11и11 входят последовательно соединенные первичные преобразователи 92 и219 , , 19 и вторичные преобразователи 20 , 20 , , 20 , Первичные2преобразователи применяются для преобразования контролируемого параметра в первичный электрический сигнал,который преобразуется затеи вторичным преобразователем в частотныйсигнал. Частотное преобразование необходимо для повышения достоверности передаваемой информации на центральный пункт 1, так как последнийрасположен на значительном расстоянии от периферийных пунктов 21, 22 и в линиях возможны помехи,Вторичные преобразователи 20 20ОАЭ20 выполнены в виде преобразователей напряжения в частоту,Блок 5 сигнализации содержит блок27 адресного селектора, устройство28 допускового контроля, многовходовой элемент ИЛИ 29, элемент 30 эа 110456 1держки, триггер 31, элемент И 32,счет. чик 33, регистр 34, делитель 35, генератор 36 опорной частоты, элемент ИЛИ 37, элемент 38 задержки. Причем адресные входы блока 5 сигнализации 5 подключены к входам блока 27 адресного селектора, выходы которого соединены с управляющими входами устройства 28 допускового контроля и,со входами элемента ИЛИ 29, выход которого через элемент 30 задержки подключен к первому установочному входу триггера 3 1, выход которого соединен с первым входом элемента И 32, второй вход которого подключен к информационному входу блока 5 сигнализации, выход связан с информационным входом устройства 28 допускового контроля и со счетным входом счетчика 33, информационные выходы которого подключены к информационным входам регистра 34, выходы которого соединены с информационными выходами блока 5 сигнализации, синхровход объединен со вторым установочным входом триггера 31, с тактирующим входом устройства 28 допускового контроля и подключен к выходу делителя 35, рабочий вход которого соединен с выходом генератора 36. Управляющий вход связан с выходом элемента 30 задержки, причем первый и второй информационные выходы устройства 28 допускового контроля соединены с соответствующими управляющими вы ходами блока 5 сигнализации и подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ 37, выход которого через элемент 38 задержки соединен с установочным входом счетчика 33.Устройство 28 допускового контроля 10 содержит блок 39 памяти, счетчик 40, первый формирователь 41, второй формирователь 42, группу:, .ементов И 441 и 44; элемент ИЛИ 45, блок 46 анализа. 45 1Блок 3 управления содержит опорныйгенератор 47, элемент ИЛИ 48, элемент И 49, триггер 50, счетчик 51, регистр52, многовходовые элементы ИЛИ 53 и54, элемент 55 задержки, триггер 56,50 элемент ИЛИ 57, ключевой элемент 58, Вмноговходовой элемент ИЛИ 59, причемадресные входы блока 3 управления соеринены с соответствующими входами регистра 52, выходы которого соединены 55с вхорами элементов ИЛИ 53, 54 и 59, выход элемента ИЛИ 53 через элемент 55 зарержки порключен к единичному установочному входу триггера 56, выход которого соеринен с орним из входов элемента ИЛИ 57, выхор которого подключен к информапионному выходу блока 3 управления, причем второй вход элемента ИЛИ 57 соединен с первым управляющим входом блока 3 управления. Второй управляющий вход блока 3 управления соединен с нулевыми установочными входами регистра 52 и триггера 56, а также подключен к первому входу элемента ИЛИ 48, второй вход которого подключен к третьему управляющему входу блока 3 управления, а выход соединен с единичным входом триггера 50, выход которого подключен к первому входу элемента И 49, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 47, а выход элемента И 49 соединен с нулевым установочным входом триггера 50 и со счетным входом счетчика 51. Выходы счетчика 51 подключены к первой группе адресных выходов блока 3 управления и к соответствующим входам ключевого элемента 58, управляющий вход которого соединен с выходом многовходового элемента ИЛИ 54, выход ключевого элемента через многовхоцовой элемент ИЛИ 59 соединен со второй группой адресных выходов блока 3 управления.Система управления технологическими процессами работает следующим образом. Сигналы с выходов датчиков 11г11 .11 остоянно поступают на входы соответствующих элементов И 13 13 , , 13 периферийных пунктовЧ2 , 2 , , 2 . Эти сигналы в линию связи не поступают, так как элементы И закрыты по второму входу. На центральном пункте 1 после включения блок 3 управления задает циклический режим опроса периферийных пунктов 21, 2 г, , 2 . Блок 3 управления выдайет через блок передачи номер первого периферийного пункта 2 в линию связи по шине 23. Переданный номер принимает все блоки 14 , 14 г, , 14 приема периферийных пунктов 2 , 2и2 , но только блок 14 приема1 первого периферийного пункта 2 вьщает разрешающий сигнал на логический элемент И 13 и датчик 11 подключается к линии связи, (Элементы И 131 13 , , 13 подключают датчики 11и11 , , 11 к линии связи, так какЧна элементы И информация с датчиковпоступает в виде частотно модулированного сигнала),Сигнал от датчика 11 поступает на1вход блока 5 сигнализации, на второйвход которого поступает номер опрашиваемого периферийного пункта. Блоксигнализации анализирует вышел илинет данный параметр из зоны допустимых значений. Если параметр не вышелиз зоны допустимых значений, то блок 1 О5 сигнализации выдает сигнал об этомна вход блока 3 управления и черезпульт 7 управления передает значениепараметра в вычислительный блок 8,который запоминает это значение. Блок 153 управления вырабатывает и выдает вблок 6 передачи и далее в линию связи номер следующего периФерийного пункта. Далее аналогично анализируетсясигнал следующего датчика и так далее до последнего периферийного пункта, потом процесс повторяется с перво.го периферийного пункта,Если значение параметра, поступающего от какого-либо датчика, например 2511, вышло из зоны допустимых значе-.1ний, то блок 5 сигнализации выдаетсигнал об этом на пульт 7 управления,отклонение регистрируется регистратором 9 и высвечивается индикатором 10.З 0С выхода пульта 7 в вычислительныйблок 8 выдается значение параметра исигнал о необходимости расчета уставок. Вычислительный блок 8 рассчитыва.ет новые значения уставок автоматических регуляторов 15 , 15, , 15и выдает их через блок 6 передачи влинию связи, блок 3 управления приэтом обеспечивает передачу сигнала отом, что передаются значения уставок40(например путем передачи групповойкоманды) и адресацию значений уставок.При приеме уставки блок приема,например 14 , вьщает значение уставкина регулятор 15 , который через по 45зиционер 17 воздействует на исполнительный механизм 18 , приводя техноло 1гический процесс в заданный режим.Аналогично протекает работа и на других периферийных пунктах 2", 2502". После окончания передачи уставокблок 3 управления продолжает циклический опрос периферийных пунктов Если на каком-либо периферийном 55пункте 2", 2, , 211 значение пара-метра, снимаемого с датчика, вышлоза пределы допуска, система прекращает последовательный опрос и осуществляет опрос датчика и регулирование параметра в точке, где произошло нарушение хода технологического процесса.Пусть значение параметра снимае 9 мого с датчика 11 , вышло из зоны допускаемых значений. Пороговый элемент 12 , находившийся до этого в нулевом состоянии, возводится в единичное состояние.Единица с порогового элемента 12 по шине 21 записывается в элемент 24 памяти, расположенный в блоке 4 приема инициативных сигналов. Единичный сигнал с элемента 24 памяти через эле 1мент ИЛИ 25 поступает на вход модуля 26 ввода инициативных сигналов, который формирует сигнал, поступающий в вычислительный блок 8. Этот сигнал указывает.на то, что необходимо провести регулирование. Одновременно с ним в вычислительный блок 8 по шине из блока 4 передачи инициативных сиг налов поступает информация о состоянии каждого элемента 24 2411у уер 24 памяти. Вычислительный блок 8, анализируя с какого элемента памяти .поступила единица, определяет номер периферииного пункта, на котором не обходимо провести регулирование и выдает информацию об этом в блок 3 управления, Блок 3 управления через блок б передачи по шине 23 вьщает номер периферийного пункта на котором необходимо осуществить регулирования. Переданш,й номер принимают все блоки 14 , 14 , , 1411 приема периферий 1ных пунктов, но в приведенном примере только блок 14" выдает разрешающий сигнал для подключения датчика 11, Дглее система снимает показания с датчика и проводит регулирование как было описано. После регулирования, когда значение параметра вновь достигает пределов допуска, на выходе поро. гового элемента 12 появится "0", который по шине 21 приведет в нулевое состояния элемент 24 памяти. Таким образом, блок 4 приема инициативных сигналов вновь готов к контролю периферийного пункта 2 . Если значение контролируемого параметра вышло из зоны допустимых значений в нескольких точках, то соответствующие элементы 24 , 24, , 24 11 памяти в1блоке 4 приема инициативных сигналов перейдут в единичное состояние. Пос 1104561. 10ледовательность, в которой проводитсярегулирование в данном случае, опреределяется приоритетом, который присваивается элементу памяти в соответ.ствии с функциями, выполняемыми данным периферийным пунктом,Блок 5 сигнализации работает следур1ющим образом.При опросе очередного канала блок3 управления выставляет на адресных 1 Ошинах адрес данного канала, которыйпоступает в блок 27 адресного селек-.тора. В соответствии с заданным адресом на соответствующем выходе адресного селектора устанавливается разрешающий сигнал, который поступает вустройство 28 допускового контроля,где открывает один из группы элементов И 44 и обеспечивает перепись соответствующего кода из блока 39 памяти 20в счетчик 40. Кроме того, сигнал сблока 27 адресного селектора по соответствующей шине поступает на входэлемента ИЛ 11 29, на выходе которогоформируется импульс (формирование 25данного импульса обуславливает смена адресов на входе блока 27 адресного селектора), который через элемент 30 задержки поступает на установочный вход триггера 31, взводя его зов единичное состояние. Импульс с выхода элемента 30 задержки также поступает на установочный вход делителя 35 и сбрасывает его в нулевоесостояние (обеспечивается синхронизация начала работы узлов блока 5 сигнализации). На выходе делителя период следования импульсов равен требуемому измерительному интервалути мТи м =То 1где То периодследования имПульсов опорной частотыс генератора .36,- коэффициент деления делителя 35.Таким образом, триггер 31 открывает элемент И 32, через который на информационный вход устройства 28 допускового контроля и счетный входсчетчика 33 начинают поступать нмпульсы информационного сигнала опрашиваемого канала. В устройстве 28 допускового контроля производится анализ сигнала вида: 1 с 1,1 , где 1 и и 1 Всоответственно нижнее и верхнее допустимые значения контролируемогон а,сиг алОдновременно в счетчике 33 формируется текущее значение кода опрашиваемого датчика. В момент окончания Т на выходечемделителя 35 формируется сигнал (импульс), который поступает на второй установочный вход триггера 31, сбрасывая его в нулевое состояние, и на вход синхронизации регистра.,34, обеспечивая перепись содержимого счетчика 33 в регистр 34, а также на тактирующий вход устройства 28 допускового контроля. По данному сигналу в уст-. ройстве 28 допускового контроля Формируются все необходимые.управляющие импульсы, что .обеспечивает Формирова-. ние на выход блока 46 анализа одного из сигналов Норма" или "Не норма", которые поступают на соо тветствующиелвыходы блока 5 сигнализации (к блоку 3 управления и пульту 7 управления) . При формировании на любом из выходов блока 46 анализа сигнала результата анализа, последний через элемент ИЛИ 37 и элемент 38 задержки поступает на установочный вход счетчика 33; сбрасывая его в нулевое состояние и подготавливая к дальнейшей работе.Блок 3 управления работает.следующим образом. При включении системы в счетчик 51 записывается единица, являющаяся адресом первого периферийного пункта. Этот адрес по шине передается в блок 5 сигнализации, а также, по шине через открытый ключевой элемент и элемент ИЛИ 59 поступает в блок 6 передачи. Блок 5 сигнализации анализирует в пределах ли допуска находится контролируемый параметр (см. работу блока 5 сигнализации) и если да - выдает об этом сигнал, поступающий на третий управляющий, вход блока 3 управления (сигнал "Норма" ), который через элемент ИЛИ 48 взводит в единичное состояние триггер 50 и тем самым разрешает через элемент И 49 прибавление единицы к содержимому счетчика 51, формируя тем самым адрес опроса следующего периферийного пункта, Далее работа повторяется аналогично описанной. Если контролируемый параметр не находится в пределах допуска, блок 5 сигнализации выдает об этом сигнал (сигнал "Не норма") на первый управляющий вход блока 3 управления. Этот сигнал является сигналом для передачи уставок и он через элемент ИЛИ 57 поступает на информационный выход блока 3 управления. Сигнал о передаче уставок вместе с адресом периЬе 11 11 рийного пункта передаются по шине из блока 3 управления в блок 6 передачи. После передачи уставок вычислительный блок 3 формирует сигнал сброса, посту пакяций на второй управляющий вход блока 3 управления, Этим сигналом через элемент ИЛИ 48 взводится в еди- . ничное состояние триггер 50 и к содержимому счетчика 51 прибавляется единица, формируя тем самым адрес опроса следующего периферийного пункта.Если необходимц прекратить после довательный опрос периферийных пункф тов и опросить какой-.либо внеочередной периферийный пункт, из вычислительного блока 8 на адресные входы блока 3 управления передается адрес этого периферийного пункта, который записывается в регистр 52. Адрес с регистра 52 одновременно поступает на элементы ИЛИ 53, 54 и 59, так как адрес, поступающий с регистра 52 на нулевой, иа выходе элемента ИЛИ 54 появляется единица"э которая запирает ключевой элемент 58, и в блок 6 передачи через многовходовой эле 04561 12 мент ИЛИ 59 поступает адрес не сосчетчика, а из регистра. Иноговходовой элемент ИЛИ 53, элемент 55 задержки и триггер 56 формируют сигнал о передачи уставок, который через элемент ИЛИ 57 поступает на информационный выход блока 3 управления и по шине вместе с адресом передается в блок. 6 передачи. После передачи уста О вок вычислительный блок 8 выдаетна второй управляющий вход, блока 3 управления сигнал, который сбрасывает в нулевое состояние регистр 52 и триггер 56, а также через элемент ИЛИ 15 48, триггер 50 и элемент И 49 формирует адрес опроса очередного периферийного пункта.В предлагаемой системе для контроля и управления технологическими щ процессами кроме последовательногоопроса датчиков осуществляется оперативный экспресс контроль каждого технологического параметра, что расширяет функциональные возможности системы 25 и повышает надежность управления технологическим процессом.