Материал: Разработка интегрированной системы проектирования и управления колонны К-4 установки АВТ-4

снижению численности управленческого персонала;

повышению качества функционирования объекта управления;

повышению качества управления и др.

·        АСУ должна обеспечивать достижение целей ее создания (развития), установленных в ТЗ на АСУ.

·        В АСУ должна быть обеспечена совместимость между ее частями, а также с автоматизированными системами (АС), взаимосвязанными с данной АСУ.

·        АСУ в целом и все виды ее обеспечения должны быть приспособлены к модернизации, развитию и наращиванию в пределах требований, указанных в ТЗ на АСУ.

·        Надежность АСУ в целом и каждой ее автоматизированной функции должна быть достаточна для достижения установленных целей функционирования системы при заданных условиях применения.

·        Адаптивность АСУ должна быть достаточной для достижения установленных целей ее функционирования в заданном диапазоне изменений условий применения.

·        В АСУ должны быть предусмотрены контроль правильности выполнения автоматизированных функций и диагностирование, с указанием места, вида и причины возникновения нарушений, правильности функционирования АСУ.

·        В АСУ, имеющих измерительные каналы, должна быть предусмотрена возможность контроля метрологических характеристик измерительных каналов.

·        В АСУ должны быть предусмотрены меры защиты от неправильных действий персонала, приводящих к аварийному состоянию объекта или системы управления, от случайных изменений и разрушения информации и программ, а также от несанкционированного вмешательства.

·        Любая поступающая в АСУ информация вводится в систему однократно с помощью одного входного канала, если эти не приводит к невыполнению требований, установленных в ТЗ на АСУ (по надежности, достоверности и т.п.).

·        Выходная информация одного и того же смыслового содержания должна быть сформирована в АСУ однократно, независимо от числа адресатов.

·        Информация, содержащаяся в базах данных АСУ, должна быть актуализирована в соответствии с периодичностью ее использования при выполнении функций системы.

·        АСУ должна быть защищена от утечки информации если это оговорено в ТЗ на АСУ.

·        Наименование АСУ должно включать наименование вида АСУ и объекта управления.

1.2.2 Требования к функциям АСУ

·        АСУ в необходимых объемах должна автоматизированно выполнять:

сбор, обработку и анализ информации (сигналов, сообщений, документов и т.п.) о состоянии объекта управления;

выработку управляющих воздействий (программ, планов и т.п.);

передачу управляющих воздействий (сигналов, указаний, документов) на исполнение и ее контроль;

реализацию и контроль выполнения управляющих воздействий;

обмен информацией (документами, сообщениями и т.п.) с взаимосвязанными автоматизированными системами).

·        Состав автоматизированных функций (задач, комплексов задач - далее функций) АСУ должен обеспечивать возможность управления соответствующим объектом в соответствии с любой из целей, установленных в ТЗ на АСУ.

·        Состав автоматизированных функций АСУ и степень их автоматизации должны быть технико-экономически и (или) социально обоснованы с учетом необходимости освобождения персонала от выполнения повторяющихся действий и создания условий для использования его творческих способностей в процессе работы.

1.2.3 Требования к подготовленности персонала АСУ

·        Квалификация персонала АСУ должна обеспечивать эффективное функционирование системы во всех заданных режимах.

·        Персонал АСУ должен быть подготовлен к выполнению своих обязанностей в соответствии с инструкциями организационного обеспечения.

·        Каждое лицо, входящее в состав персонала АСУ, должно уметь применять соответствующие информационные модели и работать с используемыми им техническими средствами и документацией, определяющей порядок его деятельности.

1.3 Оформление отчета о выполненной работе

Примечание: пункты отчета «Характеристики объекта и результатов его функционирования», «Описание существующих средств автоматизации, и информационно-управляющей системы», «Описание требований к средствам измерений автоматизируемого технологического процесса» были рассмотрены на этапах 1.1, 1.2 и далее рассматриваться не будут.

Описание недостатков существующих средств автоматизации и информационно-управляющей системы

) использование оборудования различных отечественных и зарубежных производителей, что ухудшает совместимость частей АСУТП, затрудняет эксплуатацию и диагностику;

) информационно-управляющая система основана на устаревшей элементной базе и программном обеспечении. Последние отличает громоздкость оборудования, невысокое быстродействие, неудобный интерфейс СОТ;

) высокая погрешность измерительных каналов;

) отсутствие связи РСУ с общезаводской сетью;

) ряд важных параметров процесса контролируется только по месту, хотя уместно вести наблюдение за ними со станции оператора;

) АСУТП не выполняет целый ряд современных требований к системам подобного рода (см. далее), а имеющиеся в ней функции (например, вывод на печать отчета) выполняются очень медленно.

Обоснование необходимости совершенствования существующих средств автоматизации и информационно-управляющей системы объекта

В связи с перечисленными выше недостатками существующей АСУТП, возникает необходимость её полной реконструкции.

Цели, критерии и ограничения создания АСУТП

Цель: создать АСУТП Объекта, обеспечивающую

·    максимально возможную безопасность ведения технологического процесса;

·        функциональность, соответствующую всем современным требованиям;

·        удобство в эксплуатации.

Система должна соответствовать требованиям технологического регламента.

Критериями эффективности данной Системы будут являться количества опасных и «безопасных» отказов и связанных с ними остановов Объекта, за годовой период эксплуатации.

Ограничения, связанные с созданием Системы, делятся на

·    технологические, обусловленные требованиями технологического процесса и характеристиками оборудования. Далее в ходе разработки АСУТП они будут учитываться;

·        финансовые.

Выводы и предложения

Необходимо создать АСУТП на Объекте, удовлетворяющую всем современным требованиям безопасности и функциональности.

2. Разработка концепции АС

.1 Разработка вариантов концепции АС

Специфика лабораторных работ по курсу «Интегрированные системы проектирования и управления» приводит нас к выбору компании SIEMENS как к поставщику всех средств автоматизации для нашей Системы.

Обновление технических средств КИПиА проводится поэтапно:

·    1-й этап - внедрение современного оборудования РСУ и ПАЗ с использованием существующего полевого КИП и, если это необходимо, электропневмо- и пневмоэлектрических преобразователей;

·        2-й этап - замена устаревшего оборудования КИП на электронную технику.

Архитектура АСУТП представляет собой следующее:

·    полевой КИП на современной электронной технике;

·        контроллеры РСУ и ПАЗ, связанные с рабочими станциями промышленного исполнения;

·        квалифицированный персонал.

Предусматривается связь с заводской локальной и с корпоративной вычислительной сетью.

В Системе используются следующие средства автоматизации:

·    датчик перепада давления Yokogawa EJX118A (кол-во: 3)

·        датчик давления Yokogawa EJA430A

·        нормирующий преобразователь YTA70 (кол-во: 3)

·        программируемые логические контроллеры SIMATIC S7-300 (2), модули блоков питания (PS), сигнальные модули (SM), коммутационные процессоры (CP) для подключения к сети PROFIBUS;

·        аварийная панель оператора SIEMENS MP370 (1);

·        промышленные компьютеры для станций оператора (OS) и инжиниринговой станции (ES) (3);

·        промышленная сеть PROFIBUS DP для связи контроллеров с АРМ.

2.2 Отчет о выполненной работе

Обоснование выбора наиболее рационального варианта концепции и описание предлагаемой АСУТП

Предлагаемый вариант является единственным и заведомо наиболее рациональным.

Системы РСУ и ПАЗ реализованы на независимых друг от друга ПЛК S7-300. Система РСУ имеет: 7 аналоговых входных сигналов и 3 аналоговых выходных сигнала. Система ПАЗ имеет: 7 дискретных входных сигналов и 8 дискретных выходных сигналов.

На самом нижнем уровне расположены полевые устройства (КИП и исполнительные механизмы). Поскольку полевые устройства не требуют сложной диагностики либо диагностики в реальном времени, решено было отказаться от внедрения интерфейса PROFIBUS PA на полевом уровне. Передача сигнала ПЛК и ИМ (здесь это ток 4-20 мА) происходит по обыкновенным проводам.

На уровне УСО (устройств связи с объектом) расположены контролеры S7-300. Они монтируются в шкаф оборудования на профильные шины (Rack). Контроллеры имеют коммутационные процессоры CP 342-5 для подключения к сети PROFIBUS DP. Контроллер РСУ является ведомым устройством кольцевой сети PROFIBUS DP.

На верхнем уровне, в операторной располагаются две станции оператора (СОТ или OS), инженерная станция (ES) и аварийная панель MP370.

Ожидаемые результаты и эффективность реализации выбранного варианта концепции АСУТП

·    повышение надежности работы оборудования, снижение риска тяжелых аварий;

·        обеспечение автоматизированного эффективного управления технологическими процессами в нормальных, переходных, предаварийных и аварийных режимах работы;

·        защита технологического оборудования и обслуживающего персонала при угрозе аварии;

·        улучшение условий труда эксплуатационного персонала;

·        снижение затрат на эксплуатацию, диагностику и ремонт оборудования;

·        возможно сокращение количества эксплуатационного персонала установки, откуда следует снижение затрат на оплату труда;

·        засчет снижения погрешности измерительных цепей, обеспечивается более точный учет исходного сырья и конечных продуктов;

·        повышение экологичности технологического процесса, в соответствии с международными стандартами об охране окружающей среды.

Ориентировочный план реализации выбранного варианта построения АСУТП

) Замена старых МСКУ контроллерами SIEMENS S7-300, установка панели MP370.

) Замена старых промышленных компьютеров новыми моделями;

) Монтаж сигнализаторов уровня, замена датчиков давления, температуры. Для этого потребуется останов процесса.

Оценка затрат на реализацию проекта создания АСУТП

Оценим примерные затраты на оборудование (не включая промышленные компьютеры для ES и OS):

·    кабель PROFIBUS FC, стандартный - цена 1 евро за 1 метр. Для АСУТП потребуется приблизительно 400 м.

·        штекера RS485 - цена 48 евро за 1 шт. Потребуется 12 шт.

·        датчик перепада давления Yokogawa EJX118A - цена 840 евро.

·        датчик давления Yokogawa EJA430A -280 евро.

·        нормирующий преобразователь YTA70 -150 евро.

·        термопара - 100 евро.

·        ПЛК SIMATIC S7-300: блок питания (PS 307) - 100 евро, центральный процессор (CPU 312) - 300 евро, коммуникационный процессор (CP 342-5) - 700 евро, модуль ввода-вывода дискретных сигналов (SM 323) - 200 евро; модуль ввода аналоговых сигналов (SM 331) - 380 евро, модуль вывода аналоговых сигналов (SM 332) - 450 евро.

·        панель оператора SIEMENS MP370 - цена 4000 евро.

·        прочие неучтенные расходы - примем 2000 евро.

Таким образом, общая сумма затрат на оборудование составит 10876 евро.

3. Техническое задание

Разработка и утверждение технического задания на создание АС

Техническое задание на АСУТП разрабатывается по ГОСТ 34.602-89 и содержит следующие разделы:

. Общие сведения

.1. Полное наименование Системы

.3. Наименование Организаций - разработчиков, проектировщиков, заказчика, и их реквизиты

.4. Перечень документов, на основании которых создается Система

.5. Сроки выполнения работ

.6. Источники и порядок финансирования

.7. Порядок оформления и предъявления заказчику результатов работы

. Назначение и цели создания Системы

.1. Назначение Системы

.2. Цели создания Системы

. Характеристика объекта автоматизации

. Требования к Системе

.1. Требования к Системе в целом

.1.1. Требования к структуре и функционированию Системы

.1.2. Требования к численности и квалификации персонала

.1.3. Требования к показателям назначения

.1.4. Требования к надёжности

.1.5. Требования безопасности

.1.6. Требования по эргономике и технической эстетике

.1.7. Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению

.1.8. Требования к защите информации от несанкционированного доступа

.1.9. Требования по сохранности информации при авариях

.1.10. Требования к средствам защиты от внешних воздействий

.1.11. Требования к патентной чистоте

.1.12. Требования по стандартизации и унификации

.1.13. Дополнительные требования

.2. Требования к функциям, реализуемым Системой

.2.1. Перечень задач РСУ и требования к качеству их выполнения

.2.2. Перечень и критерии отказов для каждой функции РСУ

.2.3. Перечень задач системы ПАЗ

.2.4. Перечень и критерии отказов для каждой функции системы ПАЗ

.3. Требования к видам Обеспечения

.3.1. Требования к Прикладному программному обеспечению

.3.2. Требования к Информационному обеспечению

.3.3. Требования к Лингвистическому обеспечению

.3.4. Требования к Стандартному программному обеспечению

.3.5. Требования к Техническому обеспечению

.3.6. Требования к Метрологическому обеспечению

.3.7. Требования к Организационному обеспечению

. Состав и содержание работ по созданию АСУТП

.1. Первое организационное совещание

.2. Обработка исходных данных

.3. Разработка Технического проекта

.4. Рассмотрение Технического проекта

.5. Конфигурация функций контроля и управления

.6. Конфигурация функций представления информации

.7. Приемка Рабочего проекта

.8. Шефмонтаж и пусконаладка

.9. Пуск АСУТП в эксплуатацию

.10. Гарантийный срок

. Порядок контроля и приемки

. Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта к вводу АСУТП в действие

. Требования к документированию

. Источники разработки

. СОСТАВЛЕНО

. СОГЛАСОВАНО

4. Технорабочий проект

ФСА представлена на рис. 1.

Структура предлагаемой АСУТП представлена на рис. 2.

Сигналы входящие/выходящие:

·    аналоговые входные: уровень в колонне, уровень в емкости, температура низа колонны, температура сырья, температура верха колонны, расход сырья, давление в колонне (количество: 7)

·        аналоговые выходные: задвижки на сырье, на дистиллят, сигнал на насос Н-17 (количество: 3)

·        дискретные сигналы: максимальное давление в колонне, минимальный/ максимальный уровень в емкости, максимальный/ минимальный уровень в колонне, минимальный/максимальный уровень в рибойлере, сигнализация световая/звуковая на давление в колонне, на уровни в емкости, колонне рибойлере (количество: 7).