3. Типизация, унификация и агрегатирование средств асу тп Основные сведения

Прежде чем определить принципы построения комплекса технических средств (КТС) для авто­матизации технологических процессов на основе системного под­хода, остановимся на содержании используемых в технической литературе терминов «типизация», «унификация», «параметризация» и других понятий, которые будут использоваться ниже.

Типизацию определим как обоснованное сведение многообразия избранных типов конструкций машин, оборудования, при­боров и устройств автоматизации к небольшому числу наилучших с какой-либо точки зрения образцов, обладающих существенными качественными признаками. Например, типизация технологических процессов заключается в выборе для внедрения из всей массы действующих тех­нологий только наиболее производительных и рентабельных. В процессе типизации разрабатываются и устанавливаются типовые конструкции, содержащие общие для ряда изделий (или их составных частей) базовые элементы и конструктивные параметры, в том числе перспективные, учитывающие последние достижения науки и техники. Процесс типизации эквивалентен группированию, классификации некоторого исходного, заданного множества элементов в ограниченный ряд типов с учетом реально действующих ограничений, целей типизации; другими словами, типизация является оптимизационной задачей с ограничениями.

Типизация предшествует унификации — приведению различ­ных видов продукции и средств ее производства к рациональному минимуму типоразмеров, марок, форм, свойств и т.п. Унификация вносит единообразие в основные параметры типовых решений технических средств, необходимое для их совместного использования в АСУ ТП, и устраняет неоправданное многообразие средств одинакового назначения и разнотипность их частей.

Одинаковые или разные по своему функциональному назначе­нию устройства, их блоки, модули, но являющиеся производными от одной базовой конструкции, образуют унифицированный ряд. Унификация позволяет за счет применения общих и типовых кон­структивных решений использовать принцип агрегатирования, создавать на одной основе различные модификации изделий, вы­пускать технические средства одинакового назначения, но с раз­личными техническими характеристиками, удовлетворяющими по­требностям того или иного производства, технологии. Такие изде­лия одного типа, но с различными техническими параметрами образуют параметрический ряд.

Агрегатирование предусматривает разработку и использование ограниченной номенклатуры типовых унифицированных модулей, блоков, устройств и унифицированных типовых конструкций (УТК) для построения множества проблемно-ориентированных ус­тановок и комплексов, технические параметры которых в значи­тельной степени удовлетворяют потребительским целям. Типиза­ция, унификация и агрегатирование являются основополагающими принципами построения агрегатных комплексов для комплексной автоматизации производства и, в частности, при проектировании и внедрении АСУ технологическими объектами и агрегатами.

Принципы типизации, унификации и агрегатирования получили в свое время развитие в Государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), созданной в СССР и предназначенной для создания автоматических и автоматизированных информационно-управляю­щих систем. Изделия ГСП компоновались в агрегатные комплексы технических средств, ориентированные на решение типового состава функциональных задач, и вместе с типовыми проектными решениями значительно упрощали проектирование АСУ ТП, созда­вали основу для «индустриализации» проектирования, что весьма важно для ускорения темпов внедрения АСУ ТП. Являясь частью такой сложной системы, как АСУ ТП, комплекс технических средств также представляет собой сложную систему аппаратных и аппаратно-программных средств. Понятие «сложная система» здесь понимается как множество взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем, выполняющих самостоятельные и общесистемные функции и имеющих собственные и общие цели. Поэтому представляется необходимым решать проблемы проектирования комплекса технических средств для АСУ ТП с единой методологической позиции — позиции системного подхода, что в данном случае означает:

• использование концепций теории систем управления (общесистемные функции и цели, распределенность, многоуровневость и иерархичность структуры АСУ ТП);

• исследование технологических объектов управления и учет особенностей их эксплуатации с целью выбора ограничений при формировании типового состава функциональных задач КТС и состава индивидуальных задач данного объекта автоматизации;

• организацию внутренней структуры КТС (с учетом распреде­ленности, иерархичности и многоуровневости АСУ ТП) на основе принципов типизации, унификации и агрегатирования;

• оптимизацию системотехнических, схемных, конструктивных и программных решений для упорядочения номенклатуры КТС (в том числе оптимизацию распределения функциональных задач, решаемых аппаратными и программными средствами);

• прогнозирование развития функционально-алгоритмической структуры АСУ ТП в процессе эксплуатации и эволюции техниче­ского обеспечения.

Анализ задач автоматизации в различных отраслях промышленности показывает, что в настоящее время только в группе датчиков имеется потенциальный спрос на преобразователи для измерения более 2000 физических величин. С учетом известных методов измерений, диапазонов значений измеряемых величин и условий эксплуатации это может привести к необходимости изготовления нескольких десятков тысяч модификаций датчиков. Поскольку даже простейшая локальная система регулирования кроме датчика вклю­чает в себя ряд других устройств, то индивидуальный подход к разработке средств для АСУ ТП, приводящий к неоправданному многообразию этих средств, нецеле­сообразен. Следовательно, одна из главнейших задач, решаемых агрегатными комплексами, состоит в создании ограниченной номенклатуры унифицированных устройств, способных максимально удовлетворять потребностям производства.

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., наконец, унификация конструктивного исполнения изделий. Существенное сокращение числа различных функциональных устройств достигается обеспечением их совместимости в АСУ ТП. Концепция совместимости, включающая в себя требования информационного, энергетического, конструктивного, метрологического и эксплуатационного сопряжений между различными изделиями, 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 устройствах автоматизации — аналоговый и дискретный.

Конструктивная совместимость изделий предусматривает прежде всего унификацию присоединительных размеров отдельных узлов, деталей, модулей, введение типовых конструкций, создание единой элементной базы, разработку общих принципов конструи­рования приборов. При конструировании устройств автоматизации рекомендуется 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 устройствам автоматизации и условиям их работы в АСУ ТП. Ввиду многообразия производств и технологических процессов важное место отводится разделению приборов и устройств по группам условий эксплуатации. По защищенности от воздействия окружающей среды устройства автоматизации подразделяются на следующие исполнения: обыкновенное, пылезащищенное, взрывозащищенное, герметическое, водозащищенное, защищенное от агрессивной среды. В зависимости от предполагаемых механических воздействий также предусматриваются 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 различных технических средств АСУ ТП.