Мазмұны:
1. Басқару жүйелері
2. Автоматты басқару процесінің маңызы
3. Технологиялық үрдістерді басқарудың иерархиялық құрылымы
4. Өндірістік контроллерлер түсінігі
Автоматтандыру — бақылау жəне басқару қызметтері адамның қатысуын қажетсінбейтін автоматика əдістері жəне құралдарымен жүзеге асырылады. Кез келген өндіріске автоматтандыруды қолдануда адамды өндірістік процестерді басқару қызметтерін тікелей орындаудан босатып, осы қызметтерді автоматты құрылғыларға табыстаумен сипатталады. Автоматтандыру машиналарды, механизмдер мен қондырғыларды, сонымен қатар олардың күйлерін арнайы құрылғылар көмегімен адамдардың қатысуынсыз немесе ішінара қатысуы арқылы бақылауды бағамдайды. Процестер мен қондырғыларды автоматтандыру келесі негізгі функцияларды орындайтын басқару жүйелерінің көмегімен жүзеге асырылады:
■ технологиялық процестер параметрлерінің ағымдағы мəндерін бақылау (өлшеу);
■ жабдықтың күйі туралы сигнализация;
■ машиналар жəне тетіктерді қашықтан басқару;
■ жабдықты пайдалану процесінде ықтимал зақымдардан автоматты қорғау;
■ технологиялық процестерді үздіксіз автоматы реттеу жəне негізгі жəне көмекші қондырғылар арқылы басқару.
Микропроцессорлық техниканы дамытудың алғашқы кезеңдерінде көптеген өнеркəсіптік өндіріс салаларында автоматты жүйелерді іске асыру кезінде басқарушы ықпалды қалыптастырудың қатты логикалық құрылымымен техникалық басқару құралдары алды. ТП АБЖ техникалық құралдарын дамытудағы алдағы уақытта басым болашағы бары автоматты басқарудың еркін бағдарламаланған əмбебап техникалық құралдарын қолдану болып табылатындығы бірте-бірте айқын бола бастады. Бағдарламаланатын техникалық микропроцессорлық автоматтандыру құралдарын дамыту процесінде осы екі түрді ажырату орын алды:
■ əмбебап басқарушы есептеу машиналары (БЕМ) базасындағы техникалық құралдар;
■ Өндірістік процестерді автоматтандыру бойынша проблемаларды басқаратын шешімге бағдарланған қарапайым БЕМ мен микропроцессорлы реттегіш контроллер (МРК) негізіндегі техникалық құралдар;
Өнеркəсіп өндірісінің заманауи ТП АБЖ автоматтандыру құралдарының екі түрінің дұрыс үйлесімін танытады. ТП АБЖ синтезі кезінде бір уақытта автоматты бақылау жəне басқарудың дəстүрлі құралдарын жетілдірумен бірге дайын стандартты блоктар (модульдер) мен бағдарламалық технологиялар кеңінен таралды. Бұл жүйеге модульділік пен масштабталушылық сияқты маңызды қасиеттерді, яғни жасалып отырған ТП АБЖ қабілеті технологиялық процестердің параметрлерін басқару бойынша ұсынылған технологиялық талаптар кеңеюі мен шешілетін міндеттер шамасының артуына бейімделуді қамтамасыз етуге мүмкіндік етті. ТП АБЖ заманауи құралымы иерархиялық қағидатпен қалыптасады жəне технологиялық процестерді басқару бойынша аясын қатаң шектеулер мен міндеттерді шешу мүмкіндігі бар бірнеше басқару деңгейінен тұрады, мұнда əрбір ішкі жүйесінің ішкі архитектурасы жалпы құрылымға аналогті. ТП АБЖ иерархиялық құрылымын қолдану барлық қалған элементтерді өзгертпей, жеке жүйелерді автоматты басқару жəне жетілдіруде өндірістің кез келген ықтимал талаптарына бейімделетін типтік шешімдер құруға мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта ТП АБЖ компоненттері мен техникалық құралдарын əлемдік өндірушілердің барлығы олардың құрымының келесі қағидаттарын ұстанады:
■ ТП АБЖ архитектурасының əр түрлі қолданыстарға ашықтығы мен бейімділігі;
■ ТП АБЖ барлық аппараттық-бағдарламалық компоненттерінің базалық технологияларды кеңінен қолдану негізіндегі унификация жəне стандарттау;
■ функционалды жəне аппараттық интеграция;
■ ТП АБЖ əзірлемесінің, соның ішінде датчиктер мен атқарушы механизмдер сияқты аппараттық құралдарының технологиялық процесінің жоғары деңгейі;
■ ТП АБЖ жиынтық құнына жəне оған қызмет көрсетуге шектеулер енгізу.
Техникалық процестер мен өндірістік объектілерді автоматтандыру кезінде объектілерді автоматтандырудың жалпы жүйесіндегі жеке ішкі жүйелерге жүктелетін əр түрлі Функционалды міндеттерді жиі шешуге тура келіп отырады.
Автоматты басқару жүйесін жіктеу қолданылатын энергия жəне т.б. түрінде басқару жəне функционирлеу алгоритмдеріне қолданылатын жүйенің арналымы мен құрылымын сипаттайтын əр түрлі қағидаттар мен белгілер бойынша жүзге асады.
Автоматтандыру жүйесі арналым бойынша үш класқа бөлінеді: ақпараттық, басқарушылық жəне қорғаныштық (1.1-сурет.) Ақпараттық жүйелер бақылау мен сигнализацияның ішкі жүйелерін біріктіреді.
Бақылаудың ішкі жүйесі бақылау өлшеу аспаптарының (БӨА) көмегімен автоматтандырылған объектілердің сандық (өлшеу) жəне сапалық (индикация) көрсеткіштерін алуды қамтамасыз етеді. Сигнализация ішкі жүйесі бақылаудың ішкі жүйесіндегі техникалық құралдарды қолданады, алайда жарықтық, дыбыстық немесе басқа түрлі сигналымен ақпарат беру формасынан ерекшеленеді. Сигнализацияның функционалды ішкі жүйелері командалық, бақылау, ескерту жəне авариялыққа бөлінеді. Ақпараттық жүйелерге қойылатын негізгі талаптар - жеткілікті түрдегі ақпараттылық, сонымен қатар ешбір бұрмалаусыз жəне іркіліссіз ақпарат берілісі.
Басқарушы жүйелер алынған ақпараттар негізіне басқару объектісіне əсер беретін автоматтандырудың ішкі жүйелерінен тұрады. Бұл класқа автоматты реттеу (АРЖ), басқару (АБЖ) жəне басқарудың автоматтандырылған жүйелері (БАЖ) сияқты ішкі жүйелері кіреді.
Автоматты реттеу жүйелері кейбір басқару шамасының берілген заңдылығы бойынша тұрақты қолдау немесе өзгерту үшін арналған.
Автоматты басқару жүйелері белгілі бір басқару критерийлеріне қол жеткізуге бағыталған объектіге əсер етудің жиынтығын жүзеге асырады. Жалпы жағдайда АРЖ жəне АБЖ локальді автоматика құралдары (реттегіштер) негіздегісі ретінде есептеу техникасын қолдана отырып жасалатын болады.
Автоматтандырылған басқару жүйелер есептеу техникасын міндетті түрде қолдана отырып, техникалық құрылғылар мен адамның бірлескен əрекетімен басқаруға мүмкіндік береді. Бұл жағдайда техникалық құрылғылар стандартты басқару міндеттерін шешеді, қажетті есептеулер жүргізеді, сонымен қатар стандарты емес басқару міндеттерін шешетін адам ақпараттарын қамтамасы етеді. АБЖ арасында өнеркəсіптік өндірістің технологиялық процестерді автоматты басқарау жүйесі (ТП АБЖ) жəне өзінің маңызы бойынша ақпараттық жүйелерге жатқызылатын өндірістік басқару жүйелерін (АӨБЖ) ажыратады.
Автоматты қорғау жүйелері техникада маңызды рөл атқарады. Осы кластың жүйелері адамның қатысуынсыз тек автоматты режимде, адамның қатысуынсыз жұмыс істейді жəне технологиялық параметрлердің нормадан ауытқуынан, сонымен қатар авариялық жағдайлар туындауынан объектілерді қорғайды.
Объектілерді автоматты қорғау кезінде объектілік (блоктаушы жүйелер) жəне объекті аралық (синхрондаушы қорғау) блоктауларға ажыратады. Блоктау жəне қорғау жүйелері іске қосылу нəтижесінде немесе қорғау объектілеріне материалды жəне энергетикалық ағындарға қолжетімділік тоқтатылады, немесе авариялық жүйелер қосылады (өрт сөндіру, желдету жəне т.б.)
ТП АБЖ деңгейлері. Замануи ТП АБЖ жеке деңгейлер міндеттері айқын анықталған иерархиялық жүйені танытады. Орындалатын міндеттер мен жабдықтың орналасуына қарай ТП АБЖ-нің үш деңгейін ажыратады. Әр деңгей функционалды белгілер мен орындалатын тапсырмалар бойынша техникалық құралдарын біріктіреді. (1.3-сурет.).
Төменгі деңгей (далалық (Field), енгізу/шығару деңгейі (I/O)) құрылымы ТП АБЖ негізі болып табылады жəне ақпарат алу мен əсер ету процесінің функцияларын орындайтын құралдарды қосады. Бұл құралдар басқару объектісімен тікелей өзара əрекет жасайды. Олар жоғарыда орналасқан сызбадағы барлық ақпараттарды қамтамасыз етеді жəне басқарылатын объектіге олардың кез келгенінің басқарушылық əсерін беруді жүзеге асырады.
Күрделі құралдар əдістерімелерімен байланысты емес параметрін өлшеу датчиктер (өлшеу түрлендіргіштері) көмегімен жүзеге асырылады.
Күрделі құралдық əдістемелерді талап ететін өлшемдерді өткізу үшін, өлшеу кешендерін қолданады. Бұдан өзге, төменгі деңгей басқару объектісіне тікелей жақын орналасқан үлестірілген енгізу/шығару модульдерін қосады жəне атқарушы құрылғыға өлшеу түрлендіргішінен жəне басқарушы əрекеттерден ақпарат «концентраторларының» функцияларын жүзеге асырады.
Далалық деңгей құрылғылары интеллектуалды болып келеді, онда осы құрылғылармен ақпараттар айырбастау деректер берілісінің желісі бойынша сандық формада тікелей ықтимал.
Орташа деңгей (локальді, контроллерлер деңгейі) ТП АБЖ құрылымы қарапайым объектілерді бақылау жəне реттеудің бір контурлы жүйелерін құру жəне күрделі объектілердің жеке параметрлерін автономды бақылау жəне реттеуге арналған локальді бақылау жəне автоматтандыруға арналған құралдардан тұрады.
Осы деңгейде өндірістік процестің технологиялық параметрлерін тікелей автоматты басқару функцияларын іске асырады.
Заманауи ТП АБЖ локальді деңгейі басқарушы əсерді қалыптастыру жəне атқарушы механизмдермен басқару өлшеу аспаптарымен белгіленген технологиялық параметрлердің нақты жəне берілген мəндерінің ағымдағы шамалары туралы ақпаратты өңдеу кезінде белгілі бір алгоритмдер бойынша (басқару заңдары) жүзеге асырылатын бағдарламаланған өнеркəсіптік контроллерлерді қолдана отырып жасалған.
Бұдан өзге, локальді деңгейдің техникалық құралдары оператор панельдерін, контроллерлерді бағдарламалау құрылғыларын, деректер берілісі желісін басқару құралдары мен басқа желілермен жалғауға арналған шлюздерді қоса алады.
ТП АБЖ-ін басқарудың аппараттық-бағдарламалық локальді деңгейінің техникалық құралдары келесі негізгі талаптарға сəйкес келуі тиіс:
■ нақты уақыт режиміндегі автоматты басқарудағы барлық локальді жүйенің жұмысын қамтамасыз ету;
■ жоғары сенімділік (технологиялық жабдық сенімділігі деңгейінде);
■ технологиялық жабдық негізінде техникалық бақылау жəне басқару құралдарын кірістіру мүмкіндігі;
■ нақты өндірістік жағдайларда қалыпты функционирлеу мүмкіндігі (ластанған ауа, температураның елеулі өзгерісі, күшті электр өрісі, діріл жəне соққы жүктемелері жəне т.б.).
Локальді басқару деңгейінде басқарудың тарату/үлестіру жүйесін танытатын жəне жалпы басқару міндетін шешетін бірнеше контроллерлер жұмыс істей алады. Жеке контроллерлер арасындағы деректер берілісі келесі əрекеттерді орындайтын локальді өнеркəсіп арқылы жүзеге асырылады: ■ жеке контроллерлер, технологиялық параметрлер, өлшеу құрылғылары, атқарушы механизмдер мен құрылғылар арасындағы деректер берілісі;
■ автоматтандырылған технологиялық өндірістік агрегатта орнатылған бақылау-реттеу аппаратураларының техникалық жағдайы мен жұмыс қабілеттілігінің диагностикасы;
■ техникалық агрегат бойынша қашықтан таратылған датчиктер мен əр түрлі атқарушы құрылғылар қорегі;
■ интеллектуалды датчиктер мен атқарушы механизмдер арасындағы ақпараттар берілісі;
■ жоғары деңгей ТП АБЖ контроллерлері мен құрылғыларының арасындағы байланыстарды жүзеге асыру.
Өнеркəсіптік желілердегі деректер берілісі үшін кабельді желілерді, талшықты-оптикалық линияларды, радиомодемдерді қолданады. Өнеркəсіптік желілерді көбіне далалық деңгей немесе далалық шина (field bus) желісін атайды.
Өнеркəсіптік желі мысалы ретінде Siemens AG (Германия) компаниясы жасаған «Profibus» далалық деңгейінің желісін келтіруге болады. Жоғарғы деңгей (адам-машина интерфейсінің деңгейі) бір немесе бірнеше басқару стансасынан тұрады.
Адам-машина интерфейсі іске асыратын бағдарламалық-инструментальді негізгі құрал ретінде бір қолданушылық АЖО ретінде де, сонымен қатар жаһандық желілерде жəне Интернет желісінде деректер ұсынудың деңгейін қоса отырып, өзіндік көпдеңгейлі құрылымы бар бірнеше деректер серверлері бар күрделі бөлінген жүйелерін жасауға мүмкіндік беретін SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерлік басқару жəне деректер жинау) жүйесі қолданылады. SCADA жүйесі шешетін негізгі міндеттерді келтірейік (нақтырақ – 4-бөлімді қар.):
■ басқару деңгейінің - өнеркəсіптік контроллерлер құрылғылары бар деректермен айырбас; ■ технологиялық процестерін оперативті басқару үшін, басқару жүйесі бар оператордың өзара əрекеттерінің ыңғайлы интерфейсін ұсыну;
■ технологиялық процесс туралы монитор экранында қолайлы жəне түсінікті формадағы (мнемосұлба, сызбалар, кестелер жəне т.б.); ақпарат бейнесі (көзбен шолу);
■ басқару объектісін басқару сапасының берілген көрсеткіштеріне жəне ағымдағы параметрлеріне сəйкес келетін басқару, баптау, тағайындама заңдарының есебі жəне таңдау;
■ технологиялық процестер параметрлерінің өзгерісін архивтеу, деректер қорында барлық технологиялық базаны сақтау;
■ технологиялық процестерді басқару барысында туындаған авариялық немесе сынижағдайларда АЖО табу жəне экранға шығару;
■технологиялық процестің ағысы, жабдық күйі, өндірілген өнім төлқұжаттары жəне т.б. туралы қажетті есептерді құрылымдау ТП АБЖ жоғары деңгейінің есептеу құралдары əдетте Ethernet стандартының локальді ақпараттық желісіне біріктірілген жəне жаһандық желіге, мысалы, кəсіпорынның жаһандық желісіне немесе Интернет желісіне шығулары болады. ТП АБЖ жоғарғы басқару деңгейінің ақпараттық желісі өзара əсер мүмкіндігін болдырмау үшін, контроллер желісінен тəуелсіз. Деректер берілісі арнайы құрылғылар – шлюздер, ТП АБЖ жеке элементтері істен шыққан кезде, деректер берілісінің желілері мен каналдарын автоматты түрде жаңадан конфигурациялауға мүмкіндік беретін бағдарламалық жасақтамалар арқылы жүзеге асыралады.