УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ

Полезная модель относится к средствам управления технологическими процессами, выполненным на базе микропроцессорного контроллера. Устройство предназначено для динамического поддержания заданий балансов нагрузок для любого количества подгрупп группы исполнительных механизмов с сохранением заданной суммарной нагрузки по всем механизмам.
Известно устройство управления технологическими установками, построенное на базе универсального многоканального регулятора, описанного в патенте Российской Федерации на полезную модель №29601, М. кл. 7 G06F 15/16, опубл. 20.05.2003., бюл. №14, которое обеспечивает управление исполнительными механизмами в режиме удаленного доступа с мониторингом на дисплее ЭВМ.
Данное устройство управления содержит модули вывода сигналов, а также модуль контроллера, выполненный с энергонезависимым запоминающим устройством. Модуль контроллера включает микропроцессор и узел программного обеспечения, содержащий блок обработки, блок сравнения и блок управления. Узел программного обеспечения формирует сигналы для изменения состояния исполнительных механизмов, в процессе которого сравниваются сигналы задания с действительными значениями от датчиков. Модули вывода сигналов связаны с модулем контроллера системной шиной, а модули человеко-машинного интерфейса в известном устройстве выполнены в виде отдельных узлов и связаны с модулем контроллера полевыми шинами.
Основными недостатками данного устройства является то, что оно не может быть настроено на перекрестное параллельное управление исполнительным механизмом либо группой исполнительных механизмов на основании нескольких разноплановых заданий. В то же время, в ряде случаев управления технологическими процессами, существует необходимость совместного поддержания группой исполнительных механизмов нескольких разноплановых технологических параметров.
Помимо этого, в известном устройстве управления не учитывается режим работы исполнительных механизмов в момент формирования сигналов управления, а именно возможная недоступность управления исполнительным механизмом.
В качестве прототипа заявляемого устройства выбрано известное устройство управления технологическими установками (см. патент Российской Федерации на полезную модель №70012, М. кл. 7 G05D 15/00, опубл. 10.01.2008., бюл. №1 или патент Украины на полезную модель №25926, М. кл. 7 G05D 15/00, опубл. 27.08.2007., бюл. №13), которое предназначено для сбора данных, их обработки и формирования сигналов управления исполнительными механизмами.
Известное устройство содержит такие общие с заявляемым устройством существенные признаки, как модули ввода и вывода сигналов и модуль контроллера, включающий интерфейс, микропроцессор и узел программного обеспечения. В узел программного обеспечения известного устройства входят соединенные с микропроцессором блок обработки цифровых сигналов и блок управления, при этом узел программного обеспечения обеспечивает формирование сигналов для изменения состояния исполнительных механизмов. Часть модулей ввода и вывода сигналов связана системной шиной с интерфейсом, который, в свою очередь, соединен с микропроцессором. Устройство управления включает индикатор и клавиатуру, которые образуют модуль человеко-машинного интерфейса.
Средства модуля человеко-машинного интерфейса установлены на лицевой панели корпуса устройства. Для надежного ввода или вывода как цифровых, так и аналоговых сигналов, модули ввода и вывода сигналов выполнены из двух частей и электрически разобщены с помощью устройства развязки, установленного между ними.
Основным недостатком данного устройства управления технологическими установками можно считать то, что устройство не содержит в составе узла программного обеспечения средств для выполнения функции сравнений и формирования заданий. Следовательно, устройство не способно выполнять сложные логические задачи, например, анализ расхождений обработанных сигналов с заданиями оператора и выработку комбинированных заданий на управление исполнительными механизмами.
Кроме того, модули ввода и вывода сигналов, которые могут быть аналоговыми или цифровыми, соединяются с интерфейсом только системной шиной, что значительно ограничивает дальность размещения модулей ввода и вывода от модуля контроллера.
Средства модуля человеко-машинного интерфейса, а именно алфавитно-цифровой индикатор и клавиатура управления, размещены непосредственно на корпусе модуля контроллера в единичном экземпляре, что не позволяет работать с устройством количеству пользователей более одного. Это создает неудобства в обслуживании и эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлено создание настоящей полезной модели, является разработка такого устройства, в котором новые блоки, место их установки, а также новые связи между новыми и известными блоками, позволяют обработать все входные и выходные сигналы в динамике, выполнить сложную многоуровневую логическую обработку и сформировать задания для их исполнения всеми исполнительными механизмами. Наличие таких функций позволяет повысить точность поддержания технологических параметров. Кроме того, расширяется область применения заявляемого устройства.
Поставленная задача решается благодаря тому, что усовершенствуется известное устройство управления технологическими установками, содержащее модули ввода и вывода сигналов и модуль контроллера. Модуль контроллера включает интерфейс, микропроцессор, а также узел программного обеспечения. В последний входят соединенные с микропроцессором блок обработки цифровых сигналов и блок управления. Узел программного обеспечения осуществляет формирование сигналов для изменения состояния исполнительных механизмов. Часть модулей ввода и вывода сигналов связаны системной шиной с интерфейсом, который, в свою очередь, соединен с микропроцессором. При этом устройство управления включает индикатор и клавиатуру, образуя человеко-машинный интерфейс.
В отличие от известного, в заявляемом устройстве управления технологическими установками узел программного обеспечения дополнительно содержит блок сравнений и формирования заданий, соединенный по входу с блоком обработки, а по выходу с блоком управления. Блок сравнений и формирования заданий выполнен с возможностью параллельного расчета коррекций нагрузок исполнительных механизмов и их одновременного применения для расчета индивидуальных заданий по ним для сохранения заданий балансов и суммарной нагрузки по всем исполнительным механизмам, а также с возможностью передачи последних в блок управления.
При этом модули человеко-машинного интерфейса, выполнены в виде отдельных узлов и связаны с интерфейсом модуля контроллера полевыми шинами, которые также соединены с частью модулей ввода и вывода сигналов.
Модуль контроллера выполнен с энергонезависимым запоминающим устройством, а каждый из модулей человеко-машинного интерфейса известной конструкции содержат, как минимум, один контроллер управления, индикатор и клавиатуру.
Предлагаемое устройство иллюстрируется рисунком, где изображена его блок-схема.
Устройство управления технологическими установками содержит модули 1 ввода и вывода сигналов (МВВ), причем модулей ввода и вывода сигналов может быть х, где х≥1, а также модуль 2 контроллера, который обеспечивает выполнение логических функций, управление и контроль. МВВ 1 обеспечивает ввод и вывод цифровых, аналоговых или дискретных сигналов, что определяется реализуемыми технологическими процессами. Модуль 2 контроллера включает интерфейс 3 для ввода и вывода цифровых сигналов, микропроцессор 4 и узел программного обеспечения 5. В последний входят соединенные с микропроцессором 4 по входу блок 6 обработки и по выходу блок 7 управления, обеспечивающий формирование цифровых заданий для изменения состояния исполнительных механизмов. При этом часть модулей 1 ввода и вывода сигналов связана системной шиной 8 с интерфейсом 3, который, в свою очередь, соединен с микропроцессором 4. Кроме того, в устройстве управления имеются модули 9 человеко-машинного интерфейса (МЧМИ) известного исполнения, предназначенные для сигнализации, ввода заданий, настройки и индикации, выполненные в виде отдельных узлов, которые включают индикаторы 10, клавиатуру 11 и как минимум один контроллер 12. Причем количество модулей 9 человеко-машинного интерфейса (МЧМИ) может быть n, где n≥1. Количество блоков 10, 11, 12 определяется сложностью технологических установок и потребностями эксплуатирующего персонала и ограничивается только техническими возможностями полевых шин.
Узел программного обеспечения 5 дополнительно содержит блок 13 сравнений и формирования заданий, соединенный по входу с блоком 6 обработки, а по выходу с блоком 7 управления. Блок 13 сравнений и формирования заданий обеспечивает возможность параллельного расчета коррекций нагрузок исполнительных механизмов и их одновременного применения для расчета индивидуальных заданий по ним для сохранения заданий балансов и суммарной нагрузки по всем исполнительным механизмам. При этом полученные индивидуальные задания передаются в блок 7 управления для исполнения.
МЧМИ 9 связаны с интерфейсом 3 модуля 2 контроллера своей полевыми шинами 14. Кроме того, оставшаяся часть МВВ 1 соединена полевыми шинами 15 с интерфейсом 3 модуля 2 контроллера, который выполнен с энергонезависимым запоминающим устройством.
В процессе работы информация о состоянии технологических установок, исполнительных механизмов и заданий операторов в виде цифровых сигналов с МЧМИ 9 и МВВ 1 поступает в модуль 2 контроллера посредством интерфейса 3 через полевые 14 и 15 и системную 8 шины. Модуль 2 контроллера вычислительными средствами микропроцессора 4 реализует исполнительный код узла программного обеспечения 5, а именно, логическую обработку входной информации в соответствии с алгоритмами блока 6 обработки, сравнение в блоке 13 получаемых с блока 6 обработки технологических параметров и заданий и формирование на их основании для всех исполнительных механизмов заданий управления, которые посредством блока 7 преобразуются в цифровые сигналы управления. Сформированные цифровые сигналы управления модуль контроллера 2 средствами интерфейса 3 через системную 8 и/или полевые 15 шины передает на МВВ 1, которые реализуют непосредственно воздействия на управляющие органы исполнительных механизмов. В тоже время, модуль контроллера 2 средствами интерфейса 3 через полевые шины 14 передает на МЧМИ 9 цифровыми сигналами информацию о текущем состоянии технологических установок, исполнительных механизмов и результатах выполнения заданий, сформированных узлом программного обеспечения 5.
Примером применения устройства управления технологическими установками служит его использование для поддержания баланса нагрузок пылепитателей в топке котла, работающего на угольной пыли.
Для поддержания пламени в топке пылеугольного котла типа ТП-109 используется 16 пылепитателей горелок, разбитых на подгруппы по ярусам и полутопкам; 8 входных дискретных 8-канальных модуля; 2 входных аналоговых 8-канальных модуля; 4 выходных дискретных 8-канальных модуля, 2 выходных аналоговых 8-канальных модуля. В качестве МЧМИ 9 используется одна ПЭВМ, содержащая системный блок, монитор, клавиатуру и манипулятор типа "мышь". Цифровая информация о режимах работы и степени загруженности пылепитателей с модулей 1 ввода и вывода сигналов, а также заданиях оператора с ПЭВМ 9 поступает в блок обработки 6 узла программного обеспечения 5, где определяется допустимость управления пылепитателями, приводится к нормированному значению степень их загруженности и формируется конечное значение заданий балансов по ярусам и полутопкам. На основании полученной из блока обработки 6 информации в блоке 13 происходит сравнение текущих балансов с заданиями и, с учетом допустимости управления, параллельно рассчитываются индивидуальные коррекции нагрузки для каждого пылепитателя, и выполняется их последующее одновременное применение в расчете задания нагрузки для каждого пылепитателя. Задания нагрузки на каждый пылепитатель поступает в блок 7 управления, формирующий цифровые сигналы управления, на основании которых посредством интерфейса 3 модули 1 вывода сигналов осуществляют непосредственное воздействие на управляющие органы пылепитателей.
В ПЭВМ 9 с помощью индикаторов 10, клавиатуры 11 и контроллеров 12 производится визуальный контроль и коррекция заданий на управление технологическим процессом.