Система управления технологическим процессом

Союз Советских Социалистических Республик ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 61) Дополнительное к авт. свид(22)За"влево 30,01.81(21)3279138/2251)М. Кл. с присоединением заявки И(23) Приоритет 7/О ней квинтет но делам нзобретеннй н открытнй"Щщващ,щ,72) Авторы изобретения евский институт автоматики им. ХХЧ съезд АСС 1) Заявитель ТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОПОГИЧЕСКИИ ПРОЦЕССОМ з и мы являетсяовки заданияправлениями. Кромеозволяет усставки. Изобретение относится к автоматиированным системам управления техологическими процессами (АСУ ТП) сомощью управляющих вычислительных машин (УВМ) и может найти применение,в частности, в АСУ ТП широкополосныхстанов горячей прокатки,Известна система автоматизированного управления, включающая датчик лараметра, УВМ, станцию управления, локальный регулятор и исполнительный механизм, в котором УВМ решает толькоинформационные задачи, а собственноуправление осуществляется локальнымирегуляторами или вручную, причем задание для регуляторов устанавливаютвручную 1 .Недостатком этой систетрудоемкость ручной устанрегулятором или ручного уисполнительными механизматого, ручное задание не итанавливать оптимальные у Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности и достигаемо"му результату является система управления технологическим процессом,содержащая блок датчиков, выход которо" 5го соединен с первыми входами блокалокальных регуляторов и УВМ, второйвход которой подключен к первому входупульта управления, второй и третийвыходы которого соединены с первым ивторым входами выходного преобразова"теля, а вход через блок аварийного отключения - с первым входом УВМ, подключенной вторым выходом к третьемувходу выходного преобразователя, четвертый вход которого соединен с выходом блока локальных регуляторов, авыход - с входом блока исполнительныхмеханизмов, дискретный интегратор с 2 о памятью, первый вход которого соеди"нен с выходом пульта управления, вто"рой вход " с третьим входом УВМ, ввыход - с вторым входом блока локаль"9541 Цель изобретения - повышение на О дежности работы системы.Указанная цель достигается тем, что в системе управления технологическим процессом, содержащей блок датчиков, управляющую вычислительную 55 машину УВМ 1, блок локальных регуляторов,. пульт управления, выхо ц.ой пре" образователь, блок исполнительных ме 3ных регуляторов и с третьим входом УВМ 21 .Известная система имеет недостаточную надежность работы, В этой системе предполагается, что при отказе УВМ по следняя обязательно формирует сигнал "Отказ", однако, как показывает практика эксплуатации АСУ ТП на базе УВМ, имеется много случаев, когда УВМ имеет все признаки нормальной работы, но О тем не менее выдает неправильные управляющие сигналы на исполнительные устройства, т.е. имеют место ситуации, когда есть сбои работы программного обеспечения (ПО), а сигнала "Отказ" 15 от УВМ нет. Следствием неконтролируемых отказов УВМ в условиях применения последних в АСУ ТП, например, на современном широкополосном стане горячей прокатки ШСГП) может явиться возник о новение аварийных ситуаций, связанных с поломкой нажимных винтов, валков и др. прокатного оборудования, а значит и длительные простои стана, Кроме того, известное устройство не 15 обеспечивает достаточное качество управления.В данной системе задание уставок локальному регулятору выдается оператором с пульта управления. Такое за- зо дание уставок может быть принято в сравнительно несложных АСУ ТП, где требуется небольшое количество зада" ваемых уставок и в тех случаях, когда их оптимальнь 1 е величины легко рассчи5 тать. В случае управления сложнымитехнологическими процессами, такими, например, как регулирование толщины полосы на ШСГП, где количество задаваемых уставок велико и, главное, их оптимальные величины нужно предварительно рассчитывать для десятков технологических ситуаций, задание уставок вручную не позволяет оптимизировать начальную настройку объекта ре" гулирования, что ведет к снижению качества управления для ШСГП " к уменьшению точности регулирования толщины полосы). 28 4ханизмов, дискретный интегратор с памятью и блок аварийного отключения, причем выход блока датчиков соединен с первыми входами блока локальных регуляторов и УВМ, второй вход которой соединен с первым выходом пульта управления второй и третий выходы которого соответственно соединены с первым и вторым входами выходного преобразователя, а первый вход - с выходом блока аварийного отключения, вход которого соединен с первым выходом УВМ, второй вход которой соединен с третьим входом выходного преобразователя, четвертый вход которого соединен с выходом блока локальных регуляторов, второй вход которого соединен с выходом дискретного интеграто" ра, выход выходного преобразователя соединен с входом блока исполнительных механизмов, а четвертый выход пульта управления соединен с первым входом дискретного интегратора с памятью, блок аварийного отключения содержит элемент задержки на включение, элемент задержки на отключение,схему НЕ и схему ИЛИ, при этом второй выход УВМ соединен с вторым входом дискретного интегратора, а третий выход УВМ соединен с вторым входом пульта .управления, причем входы элементов задержки соединены и являются входом блока аварийного отключения, выход элемента задержки на включение соединен с первым входом схемы ИЛИ, выход которой является выходом блока аварийного отключения, вь 1 ход элемента задержки на отключение соединен с входом схемы НЕ, выход которой соединен с вторым входом схемы ИЛИ.Выполнение блока аварийного отключения, состоящим из элемента задержки на включение, элемента задержки нв отключение, схемы НЕ и схемы ИЛИ, позволяет повысить надежность работы системы за счет повышения надежности обнару жения скрытых отказов УВМ и ПО.Ввод связи третьего выхода УВМ с вторым входом пульта управления позволяет автоматизировать расчет оптимальных уставок для локального регулятора" и тем самым повысить качество регули" рования,Ввод связи второго выхода УВМ с вторым входом дискретного интегратора с памятью позволяет запоминать величину управляющего сигнала, выдаваемого УВМ9541в момент, предшествующий сбою УВМили ПО,Элемент задержки на включение обеспечивает задержку на включение приподаче ступеньки напряжения положительной полярности на его вход, В качестве этого элемента может быть использован, например, элемент задержкина включение серии Логика "Т" Т 303.Элемент задержки на отключение вобеспечивает задержку на отключениепри подаче нулевого напряжения (илиотрицательной ступеньки ) на его вход.В качестве этого элемента может бытьиспользована комбинация элементов се-рии Логика "Т" Т 302-Т 106.Первый выход УВМ обеспечивает выдачу ,генерацию) последовательностиимпульсов с определенным периодом прибессбойной работе УВМ и ПО. Период 20следования импульсов Т определяют до"пустимой величиной приращения квантом) управляющего сигнала, в результате которого не может произойти такогоизменения состояния технологического 25процесса, при котором может возникнуть аварийная ситуация, Длительностьзадержек на включение и отключениеустанавливают величиной 7 = Т + 3,где 8 Т,30На чертеже представлена структурнаясхема системы.Система содержит блок 1 датчиков,УВМ 2, блок 3 локальных регуляторов,пульт 4 управления, выходной преобра зователь 5, блок 6 исполнительных механизмов, дискретный интегратор 7 спамятью и блок 8 аварийного отключения, содержащий элемент 9 задержкина включение, элемент 10 задержкина отключение, схему НЕ 11 и схемуИЛИ 12, причем выход блока 1 датчиков соединен с первыми входами УВМ 2и блока 3 локальных регуляторов, второй вход УВМ 2 соединен с первым выходом пульта 4 управления, второйи третий выходы которого соответственно соединены с первым и вторымвходами выходного преобразователя 5,четвертый вход - с первым входом дис"кретного интегратора 7, а первыйвход - с выходом блока 8 аварийногоотключения, который является выходомсхемы ИЛИ 12, первый вход которой соединен с выходом элемента 9 задержки55на включение, а второй " с выходомсхемы НЕ 11, вход которой соединен свыходом элемента 1 О задержки на отключение, а входы элементов 9 и 10 28 6соединены с первым выходом УВМ 2, второй выход которой подключен к треть" ему входу выходного преобразователя 5, четвертый вход которой соединен с выходом блока 3 локальных регуляторов, а выход - с входом блока 6 исполнительных механизмов, третий вход УВМ соединен с вторым входом пульта 4 управления, первый выход которого соединен с вторым входом УВИ 2, а четвертый выход - с первым входом дис" кретного интегратора 7, второй вход которого соединен с вторым выходом УВМ 2, а выход - с вторым входом блока 3 локальных регуляторов.Система работает следующим обрлзом.Возможны три режима работы системы: управление от УВМ, управление с помощью локальных регуляторов и ручное управление от оператора. Работу системы рассмотрим на примере АСУ ТП ШСГП.Управление с помощью УВМ, ПО сиЧ; темы обеспечивает на первом выходе УВМ выдачу последовательности импульсов при бессбойной работе. Причем период следования импульсов выбран из условия квантования управляющего сигнала таким образом, чтобы обеспечить безаварийную ситуацию при сбоях ПО и технических средств, т,е. УВМ вы" дает за период следования импульсов малое приращение управляющего сигнала. Оператор с помощью пульта 4 задает ре" жим работы системы. УВМ 2 рассчитывает для данной технологической ситуации оптимальные уставки блоку 3 локальных регуляторов, которъе выдаются на пульт 4 управления по третьему выходу УВМ. Сигналы с датчиков 1 поступа.- ют на первый вход УВМ 2, где они обра" батываются, и УВМ 2 выдает управляющий сигнал в блок 5 выходных преобразователей,.через который управляющий сигнал поступает на исполнительные механизмы 6. При этом на первом вы" ходе УВМ 2 постоянно присутствует последовательность импульсов с перио" дом Т, которые поступают на входы элементов 8" 10, Благодаря тому, что , несколько больше Т на выходе элемента 9 задержки постоянно присутствует нуль, если на входе реле имеется непрерывная. последовательность импуль. сов, При таком же условии на выходе элемента 10 задержки постоянно присутствует единица, так как элемент 1 О задерживает нуль или отрицательный сигнал. На вкодах схемы ИЛИ присутст95428 Формула изобретения Система управления технологическимпроцессом, содержащая блок датчиков,управляющую вычислительную машину(УВМ), блок локальных регуляторов,пульт управления, выходной преобразователь, блок исполнительных меха" енизмов, дискретный интегратор с памятью и блок аварийного отключения,причем выход блока датчиков соединенс первыми входами блока локальныхрегуляторов и УВМ, второй вход которой соединен с первым выходом пульта управления, второй и третий выхо"ды которого соответственно соединеныс первым и вторым входами выходногопреобразователя, а первый вход - свыходом блока аварийного отключения, вход которого соединен с первым выходом УВМ, второй вход которой соединен с третьим входом выходного преобразователя, четвертый вход которого соединен с выходом блока локальных регуляторов, второй вход которого соединен с выходом дискретного интегравуют нули, следовательно, на выходе блока 8 также нуль. В случае, если произойдет сбой УВМ или ПО, последовательность импульсов на первом выходе УВМ 2 обрывается,.При этом воэмож ны два случая: на первом выходе УВМ 2 вместо последовательности импульсов присутствует высокий потенциал; на первом выходе УВМ 2 присутствует нуль или низкий потенциал. В первом случае по истечении времени задержки на выходе элемента 9 появляется единица ( высокий потенциал), которая через схемы ИЛИ 12 поступает на первый вход пульта 4 управления, который закрывает 5 прохождение управляющих сигналов от УВМ 2 в преобраэовтель 5. Во втором случае по истечении времени задержки на выходе элемента 10 появляется нуль (отрицательный потенциал), который 20 инвертируется схемой НЕ 11, откуда единица попадает в пульт 4 управления, который, как и в первом случае, закрывает третий вход преобразователя 5, После закрытия третьего входа в преоб"25 разователе 5 включается его четвертый вход, соединенный с выходом локаль" ного регулятора 3, который теперь формирует управляющие сигналы на основании информации с датчиков 1 и дискретного интегратора 7, в памяти которого хранятся величины управляющих сигналов,) выдаваемых УВМ в момент времени, непосредственно предшествовавший сбою УВМ. Благодаря этому, а также наличию опти.З 5 мальных уставок, полученных от пульта 4 управления, блок 7 вырабатывает необходимый управляющий сигнал, который поступает в блок 3 локальных регуляторов и далее на исполнительные ме ханизмы 6. Вследствие того, что выдача управляющего сигнала от УВМ квантуется, на третий вход преобразователя 5 не может поступать управляющий сигнал с приращением .большим, чем это допусти мо условиями, обеспечивающими беэ"аварийную ситуацию на управляемом объекте. Если обнаруживается, что по истечении времени с произошел сбой, то выдача очередного кванта управляющего сигнала на объект прекращается и включается локальная система регулирования, причем благодаря расчету оптимальных уставок для локального регулятора на УВМ качество прокатываемо 55 го металла повышается и облегчается труд оператора.Управлениеот локального регулятора может производиться как в случае сбоя ПО и УВМ, так и по инициативе оператора. В последнем случае оператор с помощью пульта 4 задает начальные уставки, а также включает локальные регуляторы 3. Сигналы с датчиков 1 поступают на первый вход блока 3 регуляторов, который вырабатывает управляющие .сигналы, поступающие в блок 5 и далее на исполнительные механизмы 6,В режиме непосредственного ручного управления оператор с помощью пуль" та 4 подает на входы преобразователя 5 управляющие сигналы, которые пос". ле преобразования поступают на исполнительные механизмы 6.Применение предлагаемой системы позволяет повысить надежность работы АСУ ТП за счет обеспечения выдачи квантованных приращений управляющих сигналов, величина которых в течении выбранного отрезка времени не может привести к созданию аварийных ситуаций хода технологического процесса. Кроме того, повышается качество про" дукции за счет расчета оптимальных уставок для локальных регуляторов и облегчается труд оператора.Использование изобретения в АСУ ТП ШСГП может дать экономию до 100 тыс. руб. в год.9 951128 10тора, выход выходного преобразовате- выход элемента задержки на включение ля соединен с входом блока исполнитель- соединен с первым входом схемы ИЛИ, ных механизмов, а четвертый выход выход которой является выходом блока пульта управления соединен с первым аварийного отключения, выход элемен" входом дискретного интегратора с па-та задержки на отключение соединен мятью, о т л и ч а ю щ а я с я тем, . с входом схемы НЕ, выход которой сочто, с целью повышения надежности ра- единен с вторым входом схемы ИЛИ. боты системы, блок аварийного отклю- Источники информации, чения содержит элемент задержки на принятые во внимание при экспертизе включение, элемент задержки на отклю- о 1. Галант А.И., Рубинштейн В,И, чение, схему НЕ и схему ИЛИ, при этом Унифицированная система "Купол" для второй выход УВМ соединен с вторым вхо- управления химико-технологическими дом дискретного интегратора, а третий комплексами. - "Вопросы промышленной выход УВМ соединен с вторым входом кибернетики", 1973, Ю 35, с. 13 пульта управления, причем входы эле-2, Авторское свидетельство СССР ментов задержки соединены.и являются 11 702379, кл. 6 06 Г 15/20,входом блока аварийного отключения, С 05 В 19/18, 1979.Гриценк орректор одписное ого комитета ССний и открытийРаушская наб. и 13035 Фили ал П. Редактор Л. ФильЗаказ о 338/7ВНИИП Составитель Техреду Т.Ма Тираж Я 5 Государствен елам изобрвт Ж Я