Рассмотрим пример проектирования автоматизированной системы управления процессом приготовления бетонной смеси (АСУ ТП Бетон), причем опишем отдельные фрагменты этого процесса.
В соответствии с методологией системотехники работы по созданию автоматизированной системы разобьем на стадии и этапы. На стадии технического задания удобно использовать методологию системного анализа.
На первом этапе сформулируем цель системы. Автоматизированная система управления технологическим процессом производства бетонных смесей предназначена для эффективного контроля и управления технологическим процессом, начиная от подачи материалов со складов и кончая выдачей бетонной смеси потребителям. Цель контроля – повышение экономичности, ритмичности и качества производства, своевременного обеспечения потребителей необходимым количеством смесей заданных параметров.
На втором этапе системного анализа очертим границы изучаемой системы управления. Определяем, что автоматизированная система должна включать управление следующими процессами: подачей материалов со складов в емкости надбункерного отделения, дозированием, смесеприготовлением, выдачей товарного бетона и доставкой на формовочные участки. Формовочные и другие участки, потребляющие бетон, а также железнодорожный и автомобильный транспорт, доставляющий компоненты бетонной смеси на склады, не входят в систему и могут быть отнесены к внешней среде. Предполагается, что в процессе функционирования в автоматизированную систему управления технологическим процессом поступают заказы на бетонную смесь, с пунктов ее потребления, и компоненты бетонной смеси, со склада цемента и заполнителей. Таким образом, внешняя среда влияет на автоматизированную систему. Влиянием АСУ на внешнюю среду пренебрегаем.
В результате первичной структуризации выделяются элементы технологического процесса, подлежащие автоматизированному управлению, а также входы и выходы, связывающие рассматриваемую систему автоматизированного управления и внешнюю среду.
На третьем этапе системного анализа предварительно разрабатываем математическую модель системы управления технологическим процессом. На этой стадии ограничиваемся графическим и словесным описанием подсистем и связующих функций.
Учитывая естественную структуру технологического процесса, проводим его декомпозицию на подпроцессы.
В соответствии с декомпозицией процесса на подпроцессы выполняем декомпозицию задачи управления на подзадачи, уровни сложности принимаемого решения.
Общая задача управления процессом в целом подразделяется на ряд последовательно решаемых более простых задач. Вначале на основании данных лабораторного анализа устанавливаются процентные содержания компонентов в бетонных смесях различных марок с учетом влажности и засоренности заполнителей, активности цемента и пр. Результаты решения этой задачи являются исходными данными для решения задачи координации работы подсистем в соответствии с заказами на бетонную смесь, поступающими из внешней среды. На основании данных очереди заказов и результатов решения задачи управления составом, определяются задания дозаторам и смесителям, выбирается цепочка транспортных средств, доставляющих готовую бетонную смесь потребителю, определяются расходные бункера, подлежащие загрузке.
На третьем уровне решаются задачи управления отдельными подпроцессами. Далее проводится предварительная разработка и выбор комплекса технических средств системы управления.
На основании указанных этапов системного анализа работа распределяется между отдельными исполнителями, составляются планы-графики выполнения проектных и научно-исследовательских работ.
В дальнейшем для ряда подсистем составляются более детальные математические модели. При этом функции переходов, выходов, связующие функции описываются в виде математических выражений, что позволяет исследовать различные алгоритмы управления методом цифрового моделирования на ПЛК.
Для координации процессов дозирования отдельных компонентов целесообразно использовать линейную процедуру итерации. При поступлении компонента бетонной смеси в грузоприемное устройство ошибка слежения за изменением массы материала в бункере дозатора из-за наличия переходного процесса велика. После окончания процесса дозирования и затухания переходных процессов масса каждого из компонентов может быть измерена с большой точностью. Если окажется, что вектор процентных отклонений компонентов выходит за пределы некоторой области допустимых значений, следует выбрать тип компонента и соответствующий ему дозатор для досыпки. После реализации выбранной досыпки процедура повторяется до тех пор, пока в соответствии с принципом оценки взаимодействий вектор процентных отклонений не будет находится в заданной области.
Фазы и этапы проектирования автоматизированных систем управления технологическим процессом определены ГОСТ 20913-75.
