Этапы проектирования автоматизированных систем управления технологическим процессом

Введение

Современная автоматизированная система управления технологических процессов (АСУ ТП) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются по мере развития технических средств и программного обеспечения.

Методы управления производственным процессом на основе компьютерных технологий получили широкое распространение на большинстве промышленных предприятий. Все успешно работающие системы обеспечивают контроль и управление, включая графический интерфейс оператора, обработку сигналов тревог, построение графиков, отчетов и обмен данными. В тщательно спроектированных системах эти возможности способствуют улучшению эффективности работы предприятия и, следовательно, увеличению прибыли. В настоящее время это становится все более актуальным, учитывая постоянное увеличение конкуренции, борьбу за снижение тарифов и издержек.

Дистанционное управление технологическим оборудованием является актуальной задачей для разработчика автоматизированных систем управления технологическими процессами, применяемыми в химической, нефтегазодобывающей, угольной и других отраслях промышленности.

Автоматизированная система управления технологическим процессом

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) предназначены для оптимизации технологических процессов производств и повышение их эффективности путем автоматизации, базирующейся на использовании современных средств вычислительной и микропроцессорной техники и эффективных методов и средств контроля и управления.

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) - совокупность аппаратно-программных средств, осуществляющих контроль и управление производственными и технологическими процессами; поддерживающих обратную связь и активно воздействующих на ход процесса при отклонении его от заданных параметров; обеспечивающих регулирование и оптимизацию управляемого процесса.

Основной задачей АСУ ТП является оптимизация технологических процессов. С помощью входящих в ее состав аппаратно-программных средств АСУ ТП контролирует производственные и технологические процессы, управляет ими, обеспечивая обратную связь и надежный рабочий цикл.

АСУ ТП применяются в различных областях промышленности:

- системы управления на транспорте;

- добыча и транспортирование нефти и газа;

- телекоммуникации и связь;

- производство и учет электроэнергии;

- приборы и станкостроение;

- лабораторно-измерительные системы;

- медицина.

Отдельное направление применения АСУ ТП составляет военная и космическая техника, где системы автоматизации используются в качестве встроенных средств контроля и управления.

Преимущества, которые дает АСУ ТП:

- снижение влияния человеческого фактора на рабочий процесс;

- сокращение численности персонала;

- более эффективный расход сырья;

- улучшение качества продукта;

- рост эффективности производства.

Основные функции, выполняемые подобными системами, включают в себя контроль и управление, обмен данными, обработку, накопление и хранение информации, формирование сигналов тревог, построение графиков и отчетов.

Уровни АСУ ТП

АСУ ТП подразделяется на 4 уровня:

- уровень технологического процесса (полевой уровень);

- уровень контроля и управления технологическим процессом (контроллерный уровень);

- уровень магистральной сети (сетевой уровень);

- уровень человеко-машинного интерфейса (верхний уровень).

Уровни АСУ ТП приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Уровни АСУ ТП

Полевой уровень

Полевой уровень формирует первичную информацию, которая обеспечивает работу всей АСУ ТП. На этот уровень адресно поступают и реализуются управляющие воздействия АСУ ТП.

Оборудование полевого уровня составляют первичные преобразователи (датчики), исполнительные органы и механизмы.

Датчик - устройство, преобразующее физические параметры технологического процесса в электрические сигналы, поступающие в дальнейшем на контроллер.

Исполнительный орган – орган, воздействующий на технологический процесс путем изменения пропускной способности.

Исполнительный механизм - устройство, преобразующее электрические сигналы в физические воздействия, осуществляющее управление параметрами технологического процесса в автоматическом или ручном режиме.

Контроллерный уровень

Уровень контроля и управления процессом выполняет функции сбора и первичной обработки дискретных и аналоговых сигналов, выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

Оборудование среднего уровня составляют программируемые контроллеры, устройства связи и с объектом (УСО), шкафы кроссовые и шкафы с контроллерами и вспомогательными средствами автоматизации и вычислительной техники.

Контроллер - устройство, предназначенное для получения в реальном времени информации с датчиков, преобразования ее и обмена с другими компонентами системы автоматизации (компьютер оператора, монитор, база данных и т. д.), а также для управления исполнительными механизмами.

Сетевой уровень

Уровень магистральной сети является связующим звеном между контроллерами и станциями оператора. Основой этого уровня АСУ ТП можно считать цифровую промышленную сеть, состоящую из многих узлов, обмен информацией между которыми производится цифровым способом.

Верхний уровень

Уровень человекомашинного интерфейса обеспечивает трудовую деятельность человека оператора АСУ ТП в системе «человек-машина» (СЧМ), в иностранной интерпретации «HMI-Human-Mashine-Interface».

Этапы проектирования автоматизированных систем управления технологическим процессом

Процесс создания автоматизированных систем управления технологическим процессом можно разбить не следующие этапы:

а) детализация технических требований на создаваемую диспетчерскую систему контроля и управления;

б) разработка проектно – сметной документации в сокращенном или полном объеме;

в) сбор и изучение исходных данных;

г) составление полного перечня переменных;

д) комплектация системы;

е) разбиение объекта управления на технологические участки и последующая распределение переменных по участкам и группа;

ж) создание базы данных;

и) создание статических частей графических экранов интерфейса оператора;

к) заполнение графических экранов интерфейса оператора динамическими элементами;

л) составление схемы переходов между графическими экранами оператора;

м) составление алгоритмов управления (для всех возможных режимов работы объекта, в том числе аварийного);

н) генерация печатных документов;

п) верификация базы данных;

р) разработка эксплуатационной документации;

с) тестирование системы в автономном режиме (без УСО);

т) монтаж;

у) тестирование системы в рабочем режиме (с УСО);

ф) внедрение, в том числе пуск- наладка и обучение персонала.

Здесь рассмотрен полный процесс создания АСУ ТП в не зависимости от выбранного пакета SCADA для реализации системы. Пункты с ж по м, а также пункт с сильно зависят от выбранного для реализации SCADA пакета. В частности некоторые из них могут отсутствовать в виду выполнения некоторых из выше перечисленных этапов возможностями конкретного пакета автоматически.

Особенно в данном списке следует отметить этап сбора и изучения исходных данных. Это очень ответственный этап, от качественного выполнения которого зависит как качество непосредственно проектируемой системы, так и срок выполнения работ по ее созданию. Эти два показателя в свою очередь весомо влияют на конкурентоспособность как самого проекта, так и организации – проектировщика.

Исходными данными здесь являются:

- функциональная схема КИПиА;

- разделы регламента (или рабочих инструкций) с максимально возможным по детализации описанием технологии;

- различного рода ведомости и спецификации средств КИПиА;

- перечень контролируемых и регулируемых параметров;

- документация и внешний вид существующих щитов КИП с вторичными приборами;

- разводка параметров по существующим вторичным приборам;

- фотографии, рисунки и чертежи основных технологических агрегатов помогающие лучше нарисовать мнемосхемы;

- заполненные образцы отчетных документов различной периодичности.