Требования к содержанию разделов
ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ
4.1. Введение
Во введении следует указать исходные наименования и цель разрабатываемой системы автоматизации и управления, на основании каких исходных данных и требований осуществляется проектирование.
4.2. Краткая характеристика ТОУ
Указывается состав и краткое описание технологического процесса. Описываются особенности, характеризующие технологический объект управления. Определяются информационная нагрузка на СУ (таблицу 2). Дается план расположения технологического оборудования по корпусам.
Таблица 2 Информационная нагрузка на систему управления
| Вид информационного | Количество каналов | Итого | ||
| канала | Стадия 1 | . . . | Стадия N | |
| Аналоговые входы: -низкого уровня; -высокого уровня. | ||||
| Аналоговый выход | ||||
| Дискретный вход | - | |||
| Дискретный выход | - | |||
| Импульсный вход | - | - | - | |
| Импульсный выход | - | |||
| Всего информационных каналов: |
4.3. Общие сведения об АСУТП
4.3.1. Назначение и состав АСУТП. Указывается назначение, состав и краткое описание подсистем, необходимых для успешной работы разрабатываемой АСУТП.
АСУТП предназначена для выполнения комплекса информационных и управляющих функций, обеспечивающих поддержание заданного технологическим регламентом режима работы, выполнения плановых заданий по выпуску продукции и позволяющих стабилизировать расходные нормы по сырью и энергетике. Целью создания АСУТП является повышение оперативности контроля и качества управления технологическим процессом за счет организации рациональных режимов работы отдельных технологических стадий и оперативной координации их нагрузок.
АСУТП может состоять из 5 различных подсистем:
- автоматизированной системы научных исследований (АСНИ);
- автоматизированной системы контроля и управления технологическим процессом (АСКУ);
- подсистемы учета аналитических показателей;
- подсистемы технологических блокировок (ПТБ);
- подсистемы противоаварийной защиты технологического процесса (ПАЗ).
4.3.2. АСНИ предназначается для набора и анализа статической информации о режимах работы отдельных процессов с целью определения рекомендаций по рациональному (оптимальному) режиму работы агрегатов или отдельных аппаратов. Для небольших процессов создание АСНИ не рекомендуется.
4.3.3. АСКУ предназначается для выполнения информационных и управляющих функций, позволяющих стабилизировать режим работы аппаратов в соответствии с нормами технологического регламента и направленных на выполнение плановых заданий по выработке продукции.
Подсистема контроля и управления должна обеспечивать реализацию следующих функций:
- контроль технологических параметров в аналоговой и цифровой форме;
- представление данных аналитического контроля;
- сбор и накопление информации о ходе процесса и состоянии оборудования;
- учет нарушений границ технологическими параметрами;
- протоколирование хода технологического процесса, формирование печатных документов (режимные листы, операционные листы, бланки нарушений);
- учет пробега основного оборудования с электроприводом, формирование бланка наработки за месяц;
- учет факта и времени срабатывания ПАЗ, контроль состояния деблокировочных ключей, формирование информационного бланка;
- расчет технико-экономических показателей (ТЭП), формирование бланка хозучетных параметров;
- непосредственное цифровое регулирование основных технологических параметров с возможностью ручного дистанционного управления исполнительными механизмами контуров;
- программно-логическое управление циклическими технологическими операциями с оперативным контролем их выполнения;
- ручное дистанционное управление двухпозиционными механизмами (клапаны, задвижки);
- индикация состояния электрооборудования и дискретных исполнительных механизмов.
4.3.4. Подсистема учета аналитических показателей предназначается для выполнения следующих функций:
- ручной ввод данных лабораторного анализа;
- выполнение расчетов аналитических показателей согласно имеющихся методик;
- накопление аналитической информации, формирование и печать бланков аналитического контроля;
- передача данных аналитического контроля в АСУТП и АСНИ.
4.3.5. Подсистема технологических блокировок предназначается для отключения электроприводов насосов, мешалок и т.д. в случае нарушения норм эксплуатации.
4.3.6. Подсистема противоаварийной защиты (ПАЗ) предназначается для блокировки оборудования, аппаратов и коммуникаций в случае аварийной ситуации.
4.3.7. Обоснование выбора типа системы управления. На основании требуемых функций управления территориальной распределенности объекта, а также степени надежности и живучести технологической системы обосновывается выбор типа системы управления:
- централизованная;
- локальная;
- распределенная и др.
4.4. Обеспечение АСУТП
4.4.1. Техническое обеспечение АСУТП
а) Разработка и описание структурной схемы комплекса технических средств (КТС). Пример структурной схемы КТС указан в Приложении 1.
В данном пункте обосновывается предлагаемая структура СУ с указанием пунктов контроля. Описывается совместная работа элементов КТС.
б) Описание используемой низовой автоматики (датчики, преобразователи, исполнительные механизмы).
Определяются общие принципы выбора датчиков по группам параметров:
– температура, давление, уровень. Отмечаются нетрадиционные средства измерения или использование традиционных в качестве нетрадиционных. Особое внимание следует обратить на связь датчиков и исполнительных механизмов с САУ.
– датчики;
– преобразователи (телеметрия);
– исполнительные механизмы;
– средства контроля и управления (вторичные приборы).
в) Выбор типа технологической станции (микропроцессорного контроллера - МПК).
В данном разделе описываются варианты использования различных микропроцессорных контроллеров, позволяющих решить поставленную задачу. Дается обоснование конкретного технического средства:
Краткие технические характеристики: решаемые задачи, область применения, количество каналов ввода-вывода, краткое описание модулей:
· процессорный (тип процессора, объем ОЗУ, ПЗУ);
· ввода-вывода (количество каналов, уровни сигналов - для ЦАП, АЦП - точность, для выходных ключей - коммутационная способность);
показатели надежности, питание.
Описание конструктивного исполнения МПК или блоков ПТК: приборное, шкафное, степень защиты, количество посадочных мест в каркасе, состав базового комплекса, состав проектно-компонуемого комплекта.
В конце данного раздела следует указать полное условное обозначение контроллера, расположение модулей в каркасе и спецификацию заказа.
Описание схем подключений и соединений. В данном разделе необходимо привести описание схемы подключения датчиков и исполнительных механизмов с указанием типовых каналов ввода-вывода (ввод-вывод стандартных сигналов) и специализированных. Приводятся необходимые расчеты схем согласования уровней сигналов. Обосновывается использование дополнительных модулей и блоков. Примеры схем подключений представлены в Приложении 2.
г) Операторские станции.
Определяется количество и требуемая конфигурация операторских станций. Комплектация осуществляется отдельно по каждому пункту контроля и управления.
д) Локальные управляющие вычислительные сети (ЛУВС) и средства межмашинного интерфейса.
В данном разделе осуществляется выбор протокола и програмно-аппаратных средств реализации межмашинного интерфейса. Описывается структура и топология ЛУВС. Особое внимание уделяется описанию схем подключения (см. Приложение 2) к ЛУВС и выбору сетевых адаптеров.
е) Подсистема противоаварийной защиты (ПАЗ) и технологических блокирвок (ТБ).
Приводится описание системы ПАЗ и ТБ в случае использования выделенных или специализированных технических средств. Указывается структура ПАЗ и ТБ и осуществляется выбор технических средств согласно п. 4.4.1-в.
4.4.2. Информационное обеспечение - совокупность сведений о потоках и массивах информации, характеризующих состояние автоматизированного технологического комплекса.
а) Описание системы классификации и кодирования технической и технико-экономической информации:
Рисунок 1 Пример описания системы классификации и кодирования информации
Система классификации основывается на правилах описания информа-ционных каналов для конкретных технических средств.
Например: пусть Т003 - температура с датчика ТЕ позиции 3 по функциональной схеме автоматизации ФСА.
б) Перечень и характеристики сигналов о ТОУ.
В соответствии с выбранной системой классификации заполняются таблицы 3 и 4.
Таблица 3 Функции информационной подсистемы АСУТП
| Параметр по ФСА | Диапа-зон изме-рения па-раметра | Тип и номер канала | Значение (%, техн. Ед) в СУ | Код в СУ | Частота опроса, Гц | Функция |
| 3а | 20 - 150 | ТС21ВхА027 | 0...100 | Т003 | фильтр, ПИД-регулирование, подать на вых АВ003 | |
| LS поз. 17а (датчики уровня) | 0...2 м | ТС2 \ ВхА035 | вкл/откл 1/0 | LS017 | Сигнализация при LS017>1 |
Таблица 4 Функции управляющей подсистемы АСУТП
| ИМ по ФСА | Тип и номер канала | Значение (%откр, вкл/откл) | Код в СУ | Функция по каналу |
| поз. 3е поз. 17д | ТС2\ВыхА12 ТС7\ВыхД04 | %открытия вкл/откл | АВ003 ДВ007 | ПИД см. [алгоритмы] програмно-логическое управление, блокировка при L17>2 м. |
в) Описание массивов информации, форм документов и видеокадров.
В данном разделе разрабатывается состав и структура видеокадров:
Видеокадр представляет собой отображение на экране дисплея информации о работе технологического объекта управления, состоящее из:
– статических мнемосхем процесса;
– связываемых с ней динамических элементов (переменных значений параметров).
Вид и возможности видеокадров определяются выбранным программным пакетом SCADA.
Структура видеокадров. Весь процесс разбивают на несколько кадров.
Рисунок 2 Пример структуры видеокадра
В каждый конкретный момент времени на экране изображается, как правило, только один видеокадр. Необходимо предусмотреть систему мер, позволяющих оперативно перемещаться из одного в другой.
Группы видеокадров:
1. Видеокадры контроля параметров процесса.
2. Видеокадры контроля хода периодических процессов. Добавляются показания положения оборудования (откр/закр).
3. Видеокадры настройки регуляторов по отдельным контурам.
4. Видеокадры контроля состояния оборудования.
5. Видеокадры расчетных технологических задач.
6. Видеокадры бланков.
Пример видеокадра представлен в Приложении 3.
4.4.3. Метрологическое обеспечение - совокупность работ, проектных решений, технических и программных средств, а также организационных мероприятий, направленных на обеспечение заданной точности измерения. Основные документы: ГОСТ 8.437-81, ГОСТ 326-78.
Основным понятием является измерительный канал, представляющий собой последовательное соединение измерительных элементов, выполняющее заполненную функцию от восприятия измеряемой величины до индикации или регистрации результата измерения включительно.
|
| ||||
1)
|
| |||||||||||||
|
|
|
| |||||||||||
2)
Рисунок 3 Структуры схем типовых измерительных каналов
Все используемые средства должны входить в гос. реестр средств измерния. В данном разделе указываются все применяемые сочетания технических средств автоматизации. Данные по метрологическим показателям элементов сводятся в таблицу 5.
Таблица 5 Погрешность средств измерительного канала
| № | Наименование | Погрешность |
| Сапфир-22ДД | ||
| БПС-24П |
Расчет метрологических характеристик производится в соответствии с методическими указаниями МИ 1805-87. Все данные сводятся в таблицу “Метрологические характеристики измерительных каналов”.
Таблица 6 Метрологические характеристики измерительного канала
| № | Наименование канала | Состав измерительного канала | Среднеквадратичное отклонение |
| Перепад давления | Сапфир-22ДД, БПС-24П, ТС, СО, БП-П, ... | 0,24 |
4.4.4. Математическое обеспечение (МО) представляет собой комплекс математических методов, моделей и алгоритмов, на основании которых разрабатывается программное обеспечение.
При использовании устройств с жесткими алгоритмами работы в математическом обеспечении дается расчет коэффициентов настройки.
а) МО интеллектуальных преобразователей:
- линеаризация нелинейных зависимостей;
- масштабирование;
- сигнализация отклонений.
б) МО технологических станций.
· МО регулирующих технологических станций. Указываются функциональные схемы контуров регулирования с выбором и расчетом коэффициентов регулирования.
|
Рисунок 4 Схематичное изображение выработки управляющего воздействия по заложенному закону регулирования в ПЛК
· МО логических технологических станций.
Рисунок 5 Алгоритм работы по контуру управления
· Обоснование применения нестандартных алгоритмов.
в) МО операторских станций.
В данном разделе обосновывается применение в разрабатываемой АСУТП следующих видов МО:
· Моделирование объектов и систем управления.
· Экспертные системы реального времени (описания).
· Задачи сложной обработки технологической информации.
· Расчет технико-экономических параметров.
4.4.5. Программное обеспечение.
Это совокупность программ и эксплуатационной программной документации, необходимых для регулирования функций АСУТП и заданного режима функционирования.
Здесь описывается выбор базового пакета программ для реализации АСУТП и обоснование этого выбора.
а) Программное обеспечение технологических станций.
Для программирования выбираем язык функциональных блоков (LAD), являющийся частью программного обеспечения STEP 7. Сюда входит описание работы контроллера ТС:
– описание (программирование) общих параметров;
– функциональные схемы алгоритмов и таблицы конфигураций. Описывается, какие алгоритмы и средства контроллера будут использоваться для реализации математического обеспечения;
– приводятся листинги программ, написанных на технологических языках программирования (адаптированных для выполнения конкретного технологического процесса);
– таблицы коэффициентов. Составляются таблицы коэффициентов, используемых в данном контроллере с учетом единиц размерностей, применяемых на данной технологической станции.
Пример выполнения программы на языке LAD см. в Приложении 4.
б) Программное обеспечение операторских станций. От обычной ЭВМ отличается только средствами повышения надежности:
– общее программное обеспечение, куда включаются: операционная система (реального времени для настоящих АСУТП), система управления базой данных, организующая, служебная, диагностирующие программы, средства визуализации процесса.
– специализированное программное обеспечение. Это совокупность программ, реализующих информационные и управляющие функции конкретной АСУТП.
В этом пункте указывается список заказываемых программных продуктов с кратким описанием назначения и способов использования.
4.4.6. Организационное обеспечение представляет собой совокупность описаний функций и режимов работ АСУТП, а также технической и организационной структур.
4.4.7. Лингвистическое обеспечение - описание языковых средств общения оперативного технологического персонала с операторской станцией.