AUTOMATYZACJA PROCESÓW CIĄGŁYCH I WSADOWYCH

Transkrypt

1 AUTOMATYZACJA PROCESÓW CIĄGŁYCH I WSADOWYCH kierunek Automatyka i Robotyka Studia II stopnia specjalności Automatyka Dr inż. Zbigniew Ogonowski Instytut Automatyki, Politechnika Śląska

2 Plan wykładu pojęcia podstawowe warstwowa struktura układów sterowania ciągłymi procesami przemysłowymi projektowanie struktury funkcjonalnej systemu sterowania zasady dokumentacji projektu postulaty konstrukcyjne dla warstwy sterowania bezpośredniego typowe struktury funkcjonalne przykłady projektów struktury funkcjonalnej system zbierania i przetwarzania danych procesowych warstwa nadrzędna i warstwa operatywna sterowania system sygnalizacji, kontroli i dokumentacji procesu, ocena statystyczna procesu optymalizacja procesów ciągłych istota procesu wsadowego potrzeba standaryzacji i historia standardu S88 dla procesów wsadowych modele i terminologia standard S88.01, struktury danych i języki opisu standard S modele fizyczne, komórka procesu wsadowego, jednostka wykonawcza, moduł urządzeniowy i moduł sterowania model sterowania proceduralnego sterowanie bazowe i koordynacyjne typy receptur, struktura receptury, sterowanie recepturowe mody i stany procesu wsadowego, stany awaryjne i restauracja przykłady sterowania procesami wsadowymi.

3 Literatura Erickson K.T., Hedrick J.L. Planwide process control, Wiley, Anderson N.A. Instrumentation for process measurement and control. CRC Press, 1998 Seborg D. i in. Process Dynamics and Control. Wiley, Tuszyński K. i in. Regulacja automatyczna w inżynierii chemicznej. Warszawa, WNT, Niederliński A. Systemy cyfrowe automatyki przemysłowej. Warszawa, WNT, Luyben W. Modelowanie, symulacja i sterowanie procesów przemysłu chemicznego. Warszawa, WNT, 1976 Jim Parshall, Larry Lamb Applying S88 Batch Control from a User's Perspective, ISA, 1999.

4

5 Automatyzacja procesów ciągłych i wsadowych Analiza procesu aspekty: fizyczne chemiczne technologiczne aparaturowe ekonomiczne cel automatyzacji modele dla syntezy algorytmów sterowania Struktura funkcjonalna algorytmy przetwarzania informacji oraz sterowania powiązania pomiędzy algorytmami różne przedmioty w programie studiów APCiW Sprzęt wybór sprzętu pomiarowego, przetwarzającego, teletransmisyjnego, obliczeniowego i nastawczego

6 System automatyzacyjny (SA) jest to zestaw sprzętu i oprogramowania przeznaczony do: zwiększenia produkcji zmniejszenia kosztów produkcji poprawy jakości produkcji Realizacja celów SA przez zbieranie, analizowanie i dokumentowanie danych charakteryzujących proces automatyzowany przetwarzanie zebranych danych na decyzje realizację decyzji przez bezpośrednie oddziaływanie na proces

7 Istota automatyzacji procesów Decyzje wypracowywane i realizowane automatycznie Decyzje wypracowywane automatycznie lecz realizowane ręcznie Decyzje wypracowywane przez operatora i realizowane ręcznie Stan procesu Model procesu Decyzje

8 Stan procesu to zbiór wszystkich tych zmiennych procesowych, których znajomość jest potrzebna do podejmowania decyzji w SA. Proces } Stan procesu dla określonego problemu decyzyjnego aktualny stan procesu model matematyczny procesu przewidywany stan procesu w przyszłości

9 Model procesu dla określonego problemu decyzyjnego to relacje określające przyszłe stany procesu na podstawie stanów aktualnych Model procesu jest budowany: metodami analitycznymi (fenomenologicznymi) drogą identyfikacji nieparametrycznej lub parametrycznej h(t) A-F { K(s) =... x = Ax + Bu y. = Cx + Du t

10 Horyzont sterowania jest okres ważności określonego prawa sterowania (algorytmu) Konieczność zmiany algorytmu: zakłócenia zmiana własności procesu szerokie pasmo częstotliwości zmian stanu procesu Rodzaje horyzontów sterowania stały, niezależny od zmian stanu procesu ruchomy, o długości wyznaczonej przez zmiany stanu procesu

11 Struktura SA Struktura funkcjonalna zestaw zadań realizowanych w SA powiązania pomiędzy poszczególnymi zadaniami Struktura sprzętowa - rozdział zadań pomiędzy poszczególne elementy sprzętu: regulatory programowane układy logiczne nadrzędny komputer procesowy Projekt wykonywany w pierwszej kolejności Projekt wykonywany w drugiej kolejności

12 Hierarchia algorytmów sterowania Hierarchia prosta Hierarchia piramidalna algorytm n+1 współrzędne stanu n+1 parametry dla warstwy n algorytm n współrzędne stanu n parametry dla warstwy n-1 Algorytm warstwy wyższej koordynuje pracę algorytmu warstwy niższej i dlatego musi być wykonany w pierwszej kolejności.

13 Właściwości algorytmów powiązanych hierarchicznie algorytm warstwy wyższej podejmuje decyzje o charakterze bardziej ogólnym i działa w dłuższym horyzoncie zakłócenia kompensowane w warstwie niższej maja szersze pasmo złożoność algorytmów warstw wyższych jest większa zakłócenia o mniejszym znaczeniu są kompensowane w warstwach niższych, a informacje o nich nie są przekazywane do warstw wyższych algorytmy warstwy wyższej widzą obiekty warstw niższych łącznie z realizowanymi w nich algorytmami; ma to szczególne znaczenie dla identyfikacji

14 Potrzeba stosowania struktur hierarchicznych możliwość dekompozycji bardzo złożonych procesów decyzyjnych jest to jedyny efektywny sposób rozwiązywania problemów złożonych dostosowanie struktury hierarchicznej do struktury organizacyjnej zakładu produkcyjnego

15 Hierarchia modeli procesów przemysłowych warstwy wyższe dotyczą większego fragmentu procesu technologicznego element procesu dla modelu warstwy wyższej stanowi złożony system dla modelu warstwy niższej w warstwie wyższej opisuje się powiązania i interakcje pomiędzy elementami wchodzącymi w skład warstwy niższej modele warstw pośrednich dotyczą bilansów materiałowych i energetycznych modele warstw wyższych dotyczą kosztów