Система управления технологическими процессами Советский патент 1984 года по МПК G07C3/00 

Изобретение 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. v 734763 известна система для контроля и управления технологическими процессами, содержащая установленные на централь ном пункте блок сигнализации, один из выходов которого подключен к входу пульта, выходы которого соединены с одним из входов регистратора, индикатора и вычислительного блока, один из выходов которого подключен к другому входу индикатора и регистратора и установленнные на периферийньсх пунктах датчик, регулятор, выход 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 исполнительного механизма, другой вход которого соединен с выходом позиционера, блок управления и блок пе редачи, блок приема и элемент И, на центральном пункте входы блока управ Ленин соединены с 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, другой вход которого соединен с другим выходом вычислительного блока, выход блока передачи и другой вход блока сигнализации подключен через линию связи соответственно к входу блока приема и выходу элемента И всех пери ферийньк пунктов, входы элемента И каждого периферийного пункта соедине ны с другим выходом датчика и одним 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 осуществ.чяется контроль u Недостатком известной системы являются узкие функциональные возможности и низкая надежность работы. Эт выражяптся в том, что система для контроля и управления технологическими процессами не позволяет зафиксировать нарущения 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 устраникч.1. Причем в таких системах как АСУ ТП гальваногрроизводства, 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 конечном итоге повышает надежность системы. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей системы путем оперативного контроля и управления технологическими процессами и повышение ее надежности. Поставленная цель достигается тем, что в систему управления технологическими процессами введены в центральный пункт - блок приема инициативных сигналов, а в каждый периферийный пункт - пороговый элемент, вход которого соединен с первым входом датчика, а выходы - с входами блока приема инициативньк сигналов, выходы которого соединены с. соответствующими входами вычислительного блока. На фиг . 1 приведена функциональная схема предлагаемой системы. На фиг.24 - функциональные схемы блоков 4, 5 и 3 соответственно. Система управления технологическими процессами содержит центральный пункт 1, периферийные пункты 2 .. .., 2 , блок 3 управления, блок 4 приема инициативных сигналов, блок 5 сигнализации, блок 6 передачи, пульт 7 управления, вычислительный блок 8, регистратор 9, индикатор 10, датчики 11 пороговы элементы 12 мент И 13 , 13, блоки 14 14 приема, регуляторы л , ., реле 16 16 15 15S ..., 15, реле 16 ..., 16 защиты, позиционеры 17 , 17, исполнительные механизмы 18 18, первичные п преобразователи 19, , вторичные преобразователи 20 20 , ..., 20 , шины 21-23 для передачи информации и состоянии объекта и управляющих сигналов. I Первый выход блока 3 управления подключен к одному из входов блока 5 сигнализации, а второй-выход к перво му входу блока 6 передачи. Первьм выход блока 5 сигнализации подключен к входу пульта 7 управления, выход которого соединен с одним из вхо дов вычислительнрго блока 8 и с первыми входами регистратора 9 и индика тора 10, вторые входы которых под1шю чены к первому выходу вычислительног 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 сигнализации. У датчиков 11 , ..., 11 , расположенных нА пери ферийных пунктах 2 , 2, ..., 2 , пе вые выходы соединены с первыми входа ми элементов И 13, 13, ..., 13, и с входами пороговых элементов 12 , 12 , ..., 12, первые и вторые выход которых через мину 21 подключены к соответствующим входам блока 4 прием инициативных сигналов, выходы послед него подключены к соответствующим входам вычислительного блока 8. Втор входы элементов И 13 , 13 соединены с вторыми выходами блоков 144 14 14 приема, а выходы по шине 22 подключены к соответствующим входам блока 5 сигнализации. Выходы блока 6 передачи через шину 23 соединены с входами блоков 14 , 14 приема, первые выходы которых заведены на регуляторы 15 , Выходы регуляторов 15 подключены к по2 ., Г/ и к зиционерам 17 , 17 16 .. первым входам реле 16 , 16, ..., 1 защиты, вторые входы которых соединены с вторыми выходами датчиков 11 11, ..., 11. Входы исполнительных ,. 61 18 соедимеханизмов 18 нены с вькoдa и позиционеров . , 17, ., ., 17 и с выходами реле 16 16 ., ., 16 защиты. Блок 4 приема инициативных сигналов является нестандартным. Блок 4 приема инициативных сигналов состоит из элементов 24, 24 , ,.., 24 памяти, элемента 1-ШИ 25, модуля 26 ввода инициативных сигналов . 1 7 Количество элементов 24 . 24 , 24 памяти определяется числом пери22 2 ферийных пунктов 2 f- , pi.j Входы элементов 24 , 24, ..,, 24 памяти через шину 21 соединены с соответствую;:1ими выходами пороговых ) .I элементов 12% 12% ..... 12 . Элементы 24 24 . . ., 24 памяти могут, быть вьтолнены в виде 5 -триггеров. Выходы элементов памяти соединены с входами элемента ИЛИ 25, выход которого подключен к входу модуля 26 ввода инициативных сигналов. Выход модуля 26 ввода инициативных сигналов и выходы элементов 24 24 , ..., 24 памяти соединены через шину с соответствующими входами вычислительного блока 8. Вычислительный блок 8 может быть выполнен на основе г-шкро-ЭВМ, например Электроника НЦ. Информация в вычислительный блок 8, если он выполнен на основе микро-ЭВМ, вводится через магистраль микро-ЭВМ. В состав датчиков 11 11 входят последовательно соединенные первичные преобразователи д2 .-.и 19 и вторичные преобразователи 20 20, ., 20 . Первичные преобразователи применяются для преобразования контролируемого параметра в первичный электрический сигнал, который преобразуется затем вторичным преобразователем в частотный сигнал. Частотное преобразование необходимо для повьпиения достоверности передаваемой информации на центральньй пункт 1, так как последний расположен на значительном расстоянии от периферийных пунктов 2, 2 , ..., 2 ив линиях возможны помехи. Вторичные преобразователи 20, 20, ..., 20 выполнены в виде преобразователей напряжения в частоту. Блок 5 сигнализации содержит блок 27адресного селектора, устройство 28допускового контроля, многовходовой элемент ИЛИ 29, элемент 30 задержки, 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 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 31, выход которого соединен с первым входом элемента И 32, второй вход которого подключен к информационному входу блока 5 сигнализации, выход связан с информационным входом устро ства 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 тактирую11№1м 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 первьй и второй информационные выходы устройства 28 допускового контроля соедине ны с соответствующими управляющими в ходами блока 5 сигнализации и подклю чены к первому и второму входам элемента ИЛИ 37, выход которого через элемент 38 задержки соединен с установочным входом счетчика 33. Устройство 28 допускового контроля содержит блок 39 памяти, счетчик 40, первый формирователь 41, второй формирователь 42, группу .; :ементов И 44 и 44„, элемент ИЛИ 45, блок 46 анаБлок 3 управления содержит ОПОРНЫЙ генейатоо 47, элемент ИЛИ 48, элемент И 49, триггер 50, счетчик 51, регистр 52, многовходовые элементы И.ПИ 53 и 54, элемент 55 задержки, триггер 56, элемент ИЛИ 57, ключевой элемент 58, многовходовой элемент ИЛИ 59, причем адресные входы блока 3 управления сое динены с соответствующими входами регистра 52, выходы которого соединены с входами элементов ИЛИ 53, 54 и 59, выход элемента 53 че.рез элемент 5 задержки подключен к единичному установочному входу триггера 56, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ 57, выход которого подключен к информационному 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 многовходовой элемент ИЖ 59 соединен со второй группой адресных выходов блока 3 управления. Система управления технологическими процессами работает следующим образом. Сигналы с выходов датчиков i , 11 , ..., 11 постоянно поступают на входы соответствующих элементов И 13 13 , 13 периферийных пунктов 2 , 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 и1иклический режим опроса периферийных пунктов 2, Блок 3 управления вьщает через блок передачи номер первого периферийного пункта 2 в линию связи по шине 23. Переданный номер при144 142. ../ 14 нимает все блоки 14 , 14, приема периферийных пунктов 2 2, ..., 2 , но только блок 14 приема первого периферийного пункта 2 вьща- ет разрешающий сигнал на логический элемент И 13 и датчик 11 подключается к линии связи. (Элементь И 13 , 13 .. 13 подключают датчики 11 .. 11 к линии связи, так как на элементы И информация с датчиков 711 поступает в виде частотно модулированного сигнала). Сигнал от датчика 11 поступает на вход блока 5 сигнализации, на второй вход которого поступает номер опрашиваемого периферийного пункта. Блок сигнализации анализирует вышел или нет данный параметр из зоны допустимых значений. Если параметр не вышел из зоны допустимых значений, то блок 5 сигнализации вьдает сигнал об этом на вход блока 3 управления и чер-ез пульт 7- управления передает значение параметра в вычислительный блок 8, который запоминает это значение. Блок 3 управления вырабатывает и вьщает в блок 6 передачи и далее в линию связи номер следукнцего периферийного пун кта. Далее аналогично анализируется сигнал 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 1t , вьшшо из зоны допустимых значений, то блок 5 сигнализации выдает сигнал об этом на пульт 7 управления отклонение регистрируется регрстратором 9 и высвечивается индикатором 10 С выхода пульта 7 в вычислительный блок 8 вьщается значение параметра и сигнал о необходимости расчета уставок . Вычислительный блок 8 рассчитыва ет новые значения уставок автоматических регуляторов 15 , 15, ..., 15 и вьщает их через блок 6 передачи в линию связи, блок 3 управления при этом обеспечивает передачу сигнала о том, что передаются значения уставок (например путем передачи групповой команды) и адресацию значений уставок При приеме уставки блок приема, например 14 вьщает значение уставки на регулятор 15 , который через позиционер 17 воздействует на исполн тельньй механизм 18 , приводя технол гический процесс в заданный режим. Аналогично протекает работа и на дру гих периферийных пунктах 2, 2 , ... 2. После окончания передачи уставок блок 3 управления продолжает циклический опрос периферийных пунктов 01 о 2 i,i, ...,i. Если на каком-либо периферийном пункте 2, 2, ..., 2 значение пара метра, снимаемого с датчика, вышло за пределы допуска, система прекраща1ет последовательный опрос и осуществляет опрос датчика и регулирование параметра в точке, где произошло нарушение хода технологического процесса. Пусть значение параметра, снимаемого с датчика 11 , вьшшо из зоны допускаемых значений, Пороговьй элемент , 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 элемент I-fflH 25 посту пает на вход модуля 26 ввода инициативных сигналов, который формирует сигнал,поступающий в вычислительньш блок 8. Этот сигнал указывает.на то, что необходимо провести регулирование. Одновременной ним в вычислительный блок 8 по шине из блока 4 передачи инициативных сиг налов поступает информация о состоянии каждого элемента 24 , . 24 памяти. Вычислительный блок 8, анализируя с какого элемента памяти .поступила единица, определяет номер периферинного пункта, на котором не обходимо провести регулирование и вьщает 1нформацию об этом в блок 3 управления. Блок 3 управления через 1)лок 6 передачи по шине 23 выдает номер периферийного пункта на котором необходимо осуществить регулирования. Переданн1,й номер принимают все блоки 14 14 .. ,, 14 приема периферийных пунктов, но в приведенном примере только блок 14 выдает разрешаюш;ий сигнал для подключения датчика , Далее система снимает показания с датчика и проводит регулирование как было описано. После регулирования, когда значение параметра вновь достигает пределов допуска, на выходе порогового элемента 12 появится О, 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 вьшшо из зоны допустимых значений в нескольких точках, то соответствующие элементы 24, 24, ..., 24 памяти в блоке 4 приема инициативных сигналов перейдут в единичное состояние. Поспедовательность, в которой проводитс регулирование в данном случае, опреределяется приоритетом, который присваивается элементу памяти в соответ ствии с функциями, вьтолняемыми данным периферийным пунктом. Блок 5 сигнализации работает след юпщм образом,: При опросе очередного канала блок 3 управления выставляет на адресных шинах адрес данного канала, который поступает в блок 27 адресного селектора. В соответствии с заданным адре сом на соответствующем выходе адресного селектора устанавливается разре тающий сигнал, которьй поступает в устройство 28 допускового контроля, где открывает один из группы элементов И 44 и обеспечивает перепись соо ветствующего кода из блока 39 памяти в счетчик 40. Кроме того, сигнал с блока 27 адресного селектора по соот ветствующей шине поступает на вход элемента ИЛИ 29, на выходе которого формируется импульс (формирование данного импульса обуславливает смена адресов на входе блока 27 .адресного селектора), которьй через элемент 30 задержки поступает на устано вочный вход триггера 31, взводя егов единичное состояние. Имдульс с выхода элемента 30 задержки также поступает на установочньм вход делителя 35 и сбрасывает его в нулевое состояние (обеспечивается синхрониза ция начала работы узлов блока 5 сигнализации) . На выходе делителя период следования импульсов равен требуемому измерительному интервалу TUW Т,,„ TO k , где TO - период следования имдульсов опорной частоты с генератора .36, k - коэффициент деления делителя 35. Таким образом, триггер 31 открыва ет элемент И 32, через который на ин... ,. формационный вход устройства 28 допускового контроля и счетный вход счетчика 33 начинают поступать импуль сы информационного сигнала опрашиваемого канала. В устройстве 28 допускового контроля производится анализ сиг нала вида: i ly., 6 гдel и Igсоответственно нижнее и верхнее допустимые значения контролируемого сигнала. Одновременно в счетчике.33 формиру ется текущее значение кода опрашиваемого датчика. 1 61.10 Б момент окончания Т, На выходе делителя 35 формируется сигнал (импульс) , который поступает навторой 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 устройстве 28 допускового контроля формируются все необходимые .управляющи.е импульсы, что .обеспечивает фррмирование на выход блока 46 анализа одного из сигналов Норма или Не норма, которые поступают на соетветствующие выходы блока 5 сигнализЙ1Ии (к блоку 3 управления и пульту 7 управления). При формировании на любом из выходов блока 46 анализа сигнала результата анализа, после |;ний через элемент ИШ 37 и элемент 38 задержки поступает на установочный вход 33 j- сбрасывая его в нулевое состояние, и подготавливая к дальнейшей работе Блок 3 управления работает..следующим образом. При включении в счетчик 51 зайисывается единица, являющаяся 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 пи допуска находится контроляруемьлй параметр (см. работу блока 5 сигнализации) и если да - выдает об этом сиг-нал, поступающий на третий управляющий.вход блока 3 управления (сигнал Норма), который через элемент ИЩ 48 взводит в единичное состояние триггер 50 и тем самым разрешает через элемент И 49 прибавление единицы к содержимому cчeтчи ca 51, формируя тем самым ад.-. .j рее опроса следующего периферийного пункта. Далее работа повторяется аналогично описанной. Если контролируемый параметр не находится в пределах допуска, блок 5 сигнализации выдает об эт.ом сигнал (сигнал Не норма) на первьй управляющий вход блока 3 управления. Этот сигнал является сигналом для передачи уставок и он через элемент ИЛИ 57 поступает на информационньй выход блока 3 управления. Сигнал о передаче уставок вместе с адресом периферийного пункта передаются по шине из блока 3 управления в блок 6 передачи. После передачи уставок вьтислителыгый блок 3 формирует сигнал сброса, посту пакяций на второй управляющий вход s 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 оп- 10 роса следукнцего периферийного пункта. Если необходим прекратить последовательный опрос периферийных пунктон и опросить какой-либо внеочередной периферийньй пункт, из вычисли- 15 тельного блока 8 на адресные входы блока 3 управления передаетсй адрес этого периферийного пункта, который записывается в регистр 52. Адрес с регистра 52 одновременно поступает 20 на элементы ЙЗШ 53,. 54 и 59, так как адрес, поступающий с регистра 52 на нулевой, иа выходе элемента ИЛИ 54 появляется единица, которая запирает ключевой элемент 58, и в блок 6 25 передачи через многовходовой элемент ИЛИ 59 поступает адрес не со счетчика, а из регистра. Многовходовой 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 уставок вычислительный блок 8 выдает на второй управляющий вход.блока 3 управления сигнал, который сбрасывает в нулевое состояние регистр 52 и триггер 56, а также через элемент ИЛИ 48, триггер 50 и элемент И 49 формирует адрес опроса очередного периферийного пункта.

В предлагаемой системе для контроля и управления технологическими процессами кроме последовательного опроса датчиков осуществляется оперативный экспресс контроль каждого технологического параметра, что расширяет функциональные возможности системы и повышает надежность управления технологическим процессом.

p Lra-4

,2/1

Г

13

tffl

7

1 |e

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ по авт.св. № 734763, отличающаяся тем, что, с целью расширения функщюнальных возможностей и повьшения надежности системы, в центральный пункт управления введен блок приема инициативных сигналов, а в каждый периферийный пункт - пороговый элемент, вход которого соединен с первым входом датчика, а выходы - с входами блока приема инициативных сигналов, выходы которого соединены с соответствующими входами вычислительного блока.

g;

evj

/t

r

a

Ф

СЧ/

1C,

sj

$

-Ч- M