1.3 Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (принцип построения, характеристика ветвей)

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации представляет собой совокупность приборов, устройств и систем для получения, передачи, переработки, хранения и использования информации, построенную на основе стандартизации и унификации структур, связей, конструктивных форм и условий применения.

Основное назначение ГСП - обеспечение рационального с экономической и технической точек зрения выпуска комплекса современных приборов и средств автоматизации.

Общие принципы построения ГСП

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации основана на стандартных внутренних и внешних связях, рациональной структуре и конструктивных формах в модульно-блочном построении ее функциональных устройств и предусматривает их агрегатирование в комплексах измерительной, вычислительной, аналитической и других видов техники для построения систем информации, контроля, регулирования и управления.

Реализация типовых функций АСУ ТП осуществляется в ГСП аппаратными средствами.

Средства 1-го уровня представляют собой локальные АСР, включающие в себя датчики и исполнительные устройства. Средства 2-го и 3-го уровней выполняют функции программного управления, стабилизации режимов работы технологического объекта управления (ТОУ) и вывода на режим, включая ручное управление и программно-логическое. Задачи исследования ТОУ и оптимизации процесса управления решаются средствами 4-го уровня. С помощью этих же средств выполняются и функции представления информации и сервисные функции.

Исследования и оценка задач автоматизации в различных отраслях промышленности показывают [2,3], что в настоящее время только в группе датчиков имеется потенциальный спрос на приборы для измерения более 2000 физических величин. Такое положение, с учетом известных методов измерений, диапазонов значений измеряемых величин и условий эксплуатации, может привести к необходимости изготовления нескольких десятков тысяч модификаций датчиков. Следовательно, одна из главнейших задач, решаемых комплексами ГСП, состоит в создании ограниченной номенклатуры унифицированных устройств, способных максимально удовлетворять потребности различных отраслей промышленности.

Сокращение номенклатуры средств автоматизации достигается объединением их в отдельные функциональные группы путем сведения функций этих устройств к ограниченному числу типовых функций.

Оптимизация состава каждой группы обеспечивается разработкой параметрических рядов изделий. В основу ряда заложены более узкая специализация выполняемых функций (типизация инструментальных методик измерения или метода преобразования информации), ограничения по видам и параметрам сигналов, несущих информацию о контролируемой величине или команде управления, ограничения по техническим параметрам изделий, пределам измерений, классам точности, параметрам питания и т.д. и, наконец, унификация конструктивного исполнения изделий. Существенное сокращение числа функциональных различных устройств достигается обеспечением их совместимости в автоматизированных системах управления. Концепция совместимости, включающая в себя требования информационного, энергетического, конструктивного, метрологического, эксплуатационного сопряжений между изделиями ГСП, основана на последовательной унификации и стандартизации свойств и характеристик изделий.

Применительно к информационным связям термин "унификация" означает введение ограничений, налагаемых на сигналы, несущие сведения о контролируемой величине или команде. Унифицируются виды носителей нормированной информации (электрические сигналы, коды и согласование входов и выходов; вещественные, с механическим носителем на перфокартах, перфолентах, бланках для записи и печати, с магнитными носителями). Определяется также способ представления информации в изделиях ГСП: аналоговый и дискретный.

Конструктивная совместимость изделий предусматривает, прежде всего, унификацию присоединительных размеров отдельных деталей и модулей, введение типовых узлов, создание единой элементной базы, разработку общих принципов конструирования приборов. При конструировании устройств ГСП принят блочно-модульный принцип построения изделий. Применение этого принципа делает приборы более универсальными, позволяет использовать при их создании рациональный минимум конструктивных элементов (сокращается количество наименований деталей). Вместе с тем возможность простой и легкой замены отдельных узлов позволяет модернизировать эти приборы в процессе эксплуатации, повышает их ремонтопригодность и расширяет круг решаемых ими задач (путем различных сочетаний функциональных звеньев и введением специализированных деталей). Блочно-модульное построение приборов позволяет широко применять при их изготовлении современную технологию и максимально использовать кооперацию и специализацию предприятий.

Стандартизируются также общие технические требования к изделиям ГСП и условиям их работы в автоматизированных системах управления. Ввиду многообразия производств и технологических процессов важное место отводится разделению приборов и устройств по группам условий эксплуатации.

По защищенности от воздействия окружающей среды изделия ГСП подразделяются на следующие исполнения: обыкновенное, пылезащищенное, взрывозащищенное, герметическое, водозащищенное, защищенное от агрессивной среды.

В зависимости от предполагаемых механических воздействий предусматривается обыкновенное и виброустойчивое исполнение. Нормируются метрологические характеристики изделий (виды погрешностей, методы нормирования погрешностей отдельных устройств, погрешностей совокупности звеньев и систем, классы точности и методы аттестации).

Этим достигается метрологическая совместимость. Основные требования к изделиям ГСП, обеспечивающие их совместимость в автоматизированных системах управления, закреплены в государственных и отраслевых стандартах (см. ГОСТ 26.207.83).

Функциональные группы ГСП

По функциональным признакам средства ГСП можно разделить на ряд групп в соответствии с их назначением в автоматизированных системах.

Это разделение позволяет уменьшить номенклатуру и упростить выбор средств ГСП. На рис.4 представлена в общем виде функциональная схема средств ГСП, отражающая весь процесс получения, переработки информации и воздействия на объект управления.

Рисунок 4 - Функциональная схема средств ГСП

Группа 1 представляет устройства получения нормированной информации о состоянии технологического процесса (датчики) и включает в себя первичные измерительные преобразователи; вторичные нормирующие преобразователи.

В группу 2 входят средства преобразования и передачи информации, имеющие:

преобразователи (шифраторы) информации, обеспечивающие высокую помехоустойчивость при передаче сигналов на большие расстояния;

каналы связи;

преобразователи (дешифраторы) информации.

Группа З содержит средства преобразования, хранения информации и выработки команд управления, т.е. является наиболее сложной по выполняемым функциям и включает в себя:

анализаторы и распределители сигналов;

вторичные показывающие и регистрирующие приборы;

статические и динамические преобразователи;

регуляторы;

устройства памяти;

устройства вспомогательной информации (задатчики и т.д.);

агрегатированные комплексы средств централизованного контроля и регулирования;

управляющие вычислитёльные машины.

Данную группу называют еще центральной частью ГСП. В зависимости от уровня и объема, решаемых ими в АСУТП задач, устройства центральной части можно подразделить на:

средства местных (локальных) систем контроля и регулирования;

унифицированные системы и агрегатированные комплексы для централизованного контроля и регулирования;

средства вычислительной техники для автоматизации управления производством.

К группе 4 относятся средства преобразования и передачи команд управления, включающие в себя, как и группа 2:

преобразователи (шифраторы) команд управления;

каналы связи;

преобразователи (дешифраторы) команд управления.

Группа 5 содержит средства воздействия на технологический процесс:

усилители мощности сигналов управления;

исполнительные механизмы (электродвигатели с редуктором, пневмо - и гидропоршни и т.п.);

регулирующие органы (краны, задвижки, шибера и т.п.).

К группе 6 относятся нормированные источники, энергии (питания) и специальные преобразователи одного вида энергии в другой для связи между ветвями ГСП.

Устройства и средства групп 1 и 5 выполняют более простые функции, чем средства группы 3, но они непосредственно взаимодействуют с управляемым объектом, поэтому более специфичны и менее поддаются унификации и стандартизации. Особенно это относится к первичным измерительным преобразователям и регулирующим органам.

Унифицированные типовые конструкции ГСП предусматривают конструктивное сопряжение устройств автоматики на основе единых присоединительных и основных размеров, единой элементной базы, типовых конструктивов и унификации методов конструирования.