Система ситуационного управления

(51) 5 В 23 02 ГОС10 АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТЗОВ ЕЕНИЯМ И Отм ЫтИЕЮ Т СССР У СВИДЕТЕЛЬСТВУ ти их Функционирования в условиях нарушений, Цель изобретения - повышение точности управления и степени соответствия управляющих воздействийвозникающим в объекте нарушениям,Система содержит. блок 1 датчиков глобальных параметров, блок 2 обнаружениянарушений на объекте, блок 3 организации перебора возможных нарушений,узлы 4 идентиФикации нарушений и вылработки управляющих воздействийнуль."органы 5, злементы ЗАПРЕТ б, блоки 7переключения и исполнительные органы8, Система обеспечивает такое распределение исголнительных органов дляликвидации нарушений на объекте, которое обеспечивает наивысший приоритет более опасным отклонениям. 6 ил.(21) 446580 (22) 25.07 (46) 15,12 (71) Научи тут химика лов О/24-248890, Бюл,(5 7) Из о брет еи вам автоматиза гическими объе пользовано для ТУАЦИО 1 ОГО УПРАВЛЕНИ е относится к устройс ии упр авл ения т ехноло тами и может быть исповышения эФФективнос ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ50 ИзобретениЕ относится к устройствам автоматизации управления сложными технологическими объектами и можетбыть использовано для повышения эффективности их функционирования приналичии нарушений,Целью изобретения является повышение точности управления и степени соответствия управляющих воздействийвозникающим в объекте нарушениям,На фиг.1 приведена схема системыситуационного управления; на фиг,2 то же, блока переключения; на фиг.3 то же, узла идентификации нарушений 15и выработки управляющих воздействий;на фиг,4 - то .же,. блока расчета управляющих сигналов; на фиг,5 - то же,вычислительного модуля; на фиг,бто же, коммутатора, 20Система содержит блок 1 датчиковглобальных параметров, блок 2 обнаружения нарушений, блок 3 организацииперебора возможных нарушений, узлы 4идентификации нарушений и выработки 25управляющих воздействий, нуль-органы 5, элементы ЗАПРЕТ 6, блоки 7переключения, исполнительные органы 8,блок 9 двухпороговых элементов, блок110 классификации нарушений, блок 11 30ключей, блок 12 расчета управляющихсигналов, блок 13 датчиков частныхпараметров, блок 14 аварийной защиты,блок 15 индикации, панель 16 управления режимом, коммутатор 17, схему18 сравнения, реле 19, ключи (клапаны) 20, подблоки 21 управления ситуа.циями, построенные на вычислительныхмодулях 22, включающих усилители 23,квадратары 24, умножители 25, сумма- ,10торы 26, а также реле 27, 28,Система работает следующим образом,Информация об основных характеристиках работы объекта снимается блоком 1 и поступает в блок 2, При обнаружении нарушения работы объектаблок 2 включает блок 3, который последовательно через заданные промежутки времени включает все узлы 4(где Е = 1,2 И) в соответствиис их приоритетом (приоритет устанавливается априори, например па степени опасности ситуаций по своим последствиям), Блок 3 может бьть выполнен в виде многацепнага реле времени или командного электронневматическага прибора, Каждыи уэеп 4 пред"назначен дпя управления только н ан" ределенной ситуации, Поэтому при получении сигнала от блока 3 узел 4сравнивает возникшую ситуацию наобъекте с заданной и в случае идентификации отрабатывает управляющие воздействия на объект, Подробно оцисание работы узла 4 приводится ниже,Если обнаружено несколько ситуаций, то предусмотрена следующая схема компромисса: система предоставляет для локализации ситуации самоговысокого приоритета нз группы обнаруженных ситуаций все необходимые испол-нительные органы, а для локализацииостальных ситуаций - только те исполнительные органы, которые не были задействованы более приоритетными ситуациями, Это происходит следующим образом,Если ситуация идентифицирована узлом 4 , то на его выходе появление/сигналов фиксируется нуль-органами 5 которые работают па принципу сравнения контролируемого сигнала с некоторым заданным значением (с нулем). Задание при этом настраивается на минимальный порог срабать 1 вания так, чтобы при появлении даже минимального управляющего сигнала отрабатывался сигнал, равный единице. Сигналы ат нуль-органов 5 поступают в элементы/ЗАПРЕТ 6 , установленные на тех выходных каналах всех узлов, начиная ат 4 до 4", которые выходят на те же самые исполнительные органы 8, При/этом элементы 6 пропускают через себя управляющий сигнал, если сигнал на1выходах нуль-органов 5 равен нулю, и запирают управляющий сигнал, если сигнал на вьхадгх нуль=органов 5 равен единице, .аким образом, если по какому-либо каналу зафиксирована появление управляющего сигнала на некоторый исполнительный орган 8, та перекрываются все остальные каналы, выходящие нг этот же исполнительный орган ат других узлов 4 , 4 , ,4 Так достигается обеспечение наивысшего приоритета управления па первой ситуации, Нглнчие в системе элементов 5,6, устгнгвливаемых после узлов 4, лоэнопяет осуществлять полное управление на наиболее приоритетной" ситуации и управление неэадействован ными испалннтеньньня органами но другим ситуацняь 1, предотвращая тем са мым неженатаянов нх ргэвитие и повы 1614000шая живучесть функционирования объекта в условиях наличия нескольких нарушений., Указанное управление необходимо использовать в тех случаях, когда в силу специфических особенностей объекта последовательная локализация взаимосвязанных ситуаций может привести к нежелательному развитию событий и авариям и требуется хотя бы частичное воздействие по всем обнаруженным ситуациям одновременно,Если первая ситуация не идентифицируется, то навыходе узла 4 сигнал равен нули н, соответственно, элемен ть 51 и 6 не срабатывают, управляющие каналы от узлов 4, 4 411 на исполнительные органы 8 открыты, что дает возможность реализовать управление по менее приоритетным ситуа циям в случае их возникновения При реактивации узла 4 выполняются дейгствия, полностью аналогичные работе узла 4 . При этом, если каналы не перекрыты элементами 6 , то осуществля ется управление исполнительными органами 8 через блоки 7 переключения и происходит фиксирование управляющего сигнала нуль-органами 5 , которые выдают сигналы на нсе элементы 6 , ко 30 торые перекрывают каналы от менее приоритетных узлов 4 , 4 4 на4 М те же самые исполнительные органди, Таким образом, обеспечивается приоритет управления по второй ситуации35 по отношению к последующим ситуациям н так далее, Если идентифицируется узел 4" (где 1 с = 1,2 Б), который 1 задействует не все каналы, то свободные каналы могут заниматься узлами 40 4 , 4 4 , .1 зел 4 имеет саК+ К+ 2 Й 1 ймый низкий приоритет, на его каналах управления установлены элементы 6, 6, 6" от всех предыдущих ситуаций, Так что срабатывание любой ситуации приводит к перекрытию его каналов, если данные ситуации используют соответствующие исполнительные органы, Так как более низких приоритетов не существует, то нуль-органы 5 на каналах узла 4" не устанавливаются,Из приведенного описания видно, что в случае возникновения нескольких ситуаций, самая приоритетная из них располагает всеми необходимыми исполнительными органами, а остальные ситуации могут располагать топь- ко теми исполнительными органами, которые не были задействованы более приоритетными ситуациями, Так каксистема ситуационного управлениявключается в работу только при наличии ситуаций нарушения на объекте,то н нормальном режиме исполнительные органы 8 могут быть задействованы н системах управления другого преимущественно стабилизирующего типа,Для перехода от одной системы управления к другой служат блоки 7 переключения, которые устанавливаютсяна каждый исполнительный орган 8,Блок переключения работает следующим образом,В нормальном режиме через реле 19проходит сигнал от внешней стабилизирующей системы управления, В случаепоявления с.гнала от системы ситуационного управления уже при его минимальном значении срабатывает схема18 и выдает сигнал, равный единице,который поступает в камеру управления реле 19 (как командный) и соединяет его выход с входом системы ситуационного управления, При отключе-нии системы ситуационного упранленияуправляющий сигнал становится равнымнулю и на выходе схемы сравнения сиг.нап также равен нулю, н результатечего реле переключает свой выход исо единя ет е го с входом ст абилизирую"щей системы управления,Узел 4 предназначен для идентифи"кации ситуации, определения глубиныразвития ситуации, выбора соответствующего алгоритма управления и егореализации, переключения на ручноедистанционное управление, защиты процесса в случае опасного развития ситуации.Узел работает следующим образом,При включении блока 9 от блока 3аналоговые сигналы параметров отблока 13 датчиков сравниваются с ус танками первых и вторых порогов, Гсли комбинация срабатывания первых порогов идентифицирует ситуацию, заданную н блоке 10, то блок 11 ключейвключает блок 12 (пример исполненияблока 12 описан ниже), Сигналы управления от блока 12 через коммутатор 17 выводятся из узла 4, 1(оммутатор 17 позволяет подключить необходимый канал управления к блоку 14 аварийной защиты, кроме того, он такжепозволяет оператору процесса с помощью панели 16 взять управление исполнительными органами на себя (описаниеработы коммутатора 17 приводится ниже), Если параметРы процесса, контролируемые блоком 13, достигают аварийных значений; то срабатывавторыепороги элементов блока,.9, активизируя блок 14 аварийной защиты, которыйпредставляет собой известный блок,включаемый в систему ситуационногоуправления из уже существующей системы управления и защиты, Функции этогоблока традиционны: включить аварийный сигнал и произвести блокировку(сигнал на полное закрытие или открытие исполнительного органа), Сигйалаварии от блока 14 поступает на блок.15 индикаторов, на который также поступают сигналы от блока 10, подтверждающие обнаружение данной ситуации иналичие определенной нодситуации, ха Орактеризующей глубину развития нарушения, Панель 16 позволяет операторупроцесса отключить систему ситуационного управления от процесса (однакнопка на весь узел 4), передав управление стабилизирующей системе(связь блока 16 и блока 11). Крометого, оператор может взять управле-.ние исполнительными органами 8 на себя, Для этого на панели 16 имеются 30для каждого канала управления кнопкиотключения канала и задатчик для ручного управления исполнительным органом 8,Блок 12 предназначен для формирования необходимого алгоритма управления (в зависимости от глубины развития ситуации) и расчет.а управляющихвоздействий в каждой конкретной под-.ситуации. 40Структура и конструктивные особен-.ности блока 12 целиком определяютсясвойствами объекта управления и принятой элементной базой, В общем слу.чае может быть использовано программируемое микропроцессорное устройство,в которое закладывается несколько про."грамм (алгоритмов) управления в зависимости от глубины развития ситуации.Шкала глубины развития ситуации разбивается на несколько подситуаций,каждой из Которых соответствует свойалгоритм управления, Каждая подситуа-ция идентифицируется блоком 10, Приэтом информация поступает от первых,и вторых порогов элементов блока 9как дополнительная комбинация к той,которая уже была использована дляидентификации ситуации, Если глубина развития ситуации изменяется, чтофиксируется новой комбинацией сраба"тываемых порогов элементов блока 9,то осуществляется дискретнйй переходот одной подситуации к другой, Однако управление в каждой подситуацииосуществляется по аналоговому законуна основе текущей информации, поступающей от блока 13, который содержитвсе необходимые датчики для идентификации ситуаций, подситуаций и расчета управляющих воздействий.Сигналы от блока 13 поступают вблок 12 и размножаются по количествуподблоков 21 управления ситуациями,Сигналы от датчиков поступают в подблоки 21 через каналы 20. Если в блоке идентифицируется данная ситуация,то через блок 11 ключей происходитоткрывание соответствующих клапанов20, и сигналы датчиков поступают всоответствующий подблок 21. Остальные подблоки 21 не работают, и клапаны 20, пропускающие в них сигналы,закрыты, В каждом подблоке 21 имеются вычислительные модули 22, общееколичество которых равно количествууправляющих воздействий, На фиг,5приведен пример универсального егоисполнения для следующих видов зависимостей;гу = аХ + ЬХ + с;г гУ = аХ + агХг + Ь,Хг + Ь Х ++Х,Х, + 1,где: у - выходной сигнал (управление);Х - сигнал на входе в блок (пар аметр);а, Ь, с, Й - настроечные коэф"фициенты,При этом модуль 22 реализует зависимость первого вида при подключенииодного входа в него, зависимость второго вида при подключении двух входови зависимость третьего вида при подключении трех входов, Приведеннымизависимостями могут быть описаны управления для очень широкого классаобъектов, Показанный принцип его построения может быть также использован для получения математических зависимостей другого рода,Коммутатор 17 представляет собойнабор приборных узлов, общее количество которых равно количеству управляющих каналовСхема коммутатора работает следующим образом:Если П - 0 и П, - 01 то У ХаЕсли П 6 = 1 и П = 0 то У Х 6Если П 16, = 0 и П 4 = 1 то у Х 14.Если П 1 = 1 и П 4 = 1, то у = Х .Таким образом видно, что оператор процесса через панель может сигналом П 16 отключить автоматическое ситуационное управление по любому каналу и управлять вручную (Х 16)При срабатывании блока 14 аварийной защиты процесса (П 4) в управляющий кап инап у поступает сигнал Х только зт системы защиты, отсекая возмож" ность автоматического и ручного управления процессом. Очевидно, что сигналы Х 14, и П равны между собой. Формула иэ обретения 40 Система ситу ационно го упр авле ния, содержащая блок датчиков глобальных параметров, блок обнаружения наруше ний, М исполнительных органов и И уэ-лов идентификации нарушений и выработ; ки управляющих воздействий. каждый из которых включает блок двухпороговых элементов, блок классификации нарушений, блок ключей, блок датчиков частных параметров, блок индикации и панель управления режимом, управляющий вход которой соединен с управляющим входом блока ключей, группа информационных входов которого связана с первой группой выходов блока классификации нарушений, вторая группа- выходов которого подключена к первой группе входов блока индикации, а группа входов подключена к первой группе выходов блока двухпороговых элементов, группа информационных входов которого соединена с группой выходов блока датчиков частных параметров, выход блока датчиков глобальных 45 параметров связан с входом блока обнаружения нарушений, о т л и ч а ющ а. я с я тем, что, с целью повышения точности управления и степени соответствия управляющих воздействий возникающим в работе объекта нарушениям, в систему введены блок организации перебора возможных нарушений, Ы"1 групп нуль-органов, Лгрупп элементов ЗАПРЕТ и М блоков переключения, а в каждый узел идентификации нарушений и выработки управляющих воздействий введены блок расчета управляющих сигналов, блок аварийнойзащиты и коммутатор, первая группауправляющих входов которого соединена с группой управляющих выходов панели управления режимом, вторая группа управляющих входов - с первойгруппой выходов блока аварийной защиты, первая группа информационных входов - с группой информационных выходов панели управления режимом, а вторая группа информационных входовс группой выходов блока расчета управлякщих сигналов, первая и втораягруппы входов которого связаны сгруппами выходов блока ключей и бло-,ка датчиков частных параметров, вторая группа выходов блока аварийнойзащиты подключена к второй группевходов блока индикации, а группа входов - к второй группе выходов блокадвухпороговых элементов, управляющийвход которого является входом узла,вход блока организации перебора возможна 1 х нарушений соединен с выходомблока обнаружения нарушений, а выход - с входами всех узлов идентификации нарушений и выработки управляющих воздействий, группа выходов первого из которых связана с входаминуль-органов первой группы и с управляющими входами соответствующих блоков переключения, группы вь 1 ходов всехузлов идентификации нарушения и выработки управляющих воздействий, кромепервого, подключены к прямым входамэлементов ЗАПРЕТ первой группы, инвертирующие входы которых соединеныс выходами соответствующих нуль-орга."нов первой группы, выходы элементовЗАПРЕТ.д-й группы связаны с входаминуль-органов (1+1)-й группы, кромеэлементов ЗАПРЕТ (Б)-й группы, и суправляющими входами соответствующихблоков переключения, прямоте входыэлементов ЗАПРЕТ всех 1-х групп, начиная с второй, подключены к выходамсоответствующих элементов ЗАПРЕТ(д)-х групп, а инвентирующие входыэлементов ЗАПРЕТ всех а-х групп, начиная с второй, соединены с выходамисоответствующих куль-органов (1.-1)-хгрупп, информационные входы блоковпереключения являются входами системы для подачи стабилизирующих сигналов, а их выходы связаны с входамисоответствующих исполнительных органов,