Принципы и условия организации автоматизированного производства на х

рования (САР), непрерывности функционирования АСУ по установленным алгоритмам, высокого качества управления всеми функциями, того, что раз предписанное действие многократно повторяется с постоянной периодичностью, и т.д.

Естественно, что самая идеальная АСУТП дает эффект только тогда, когда она функционирует, и функционирует качественно. Для этого при высоком уровне автоматизации, использовании распределенных систем автоматического управления существенно возрастают требования к надежности функционирования этих систем. Это объясняется многими причинами, и в первую очередь сложностью и количеством функций управления, которые выполняютсистемыавтоматизации.

Обеспечение необходимого уровня надежности АСУТП достигается в результате различного рода мер, предпринимаемых для этого при проектировании самой системы.

Кроме этого, должен быть обеспечен высокий уровень организации внешних по отношению к АСУТП систем.

В частности, к внешним по отношению к АСУТП системам относятся службы:

♦обеспечивающие поставки сырья, отгрузку готовой продукции, ремонты технологического оборудования и др.;

♦занимающиеся подготовкой квалифицированных кадров операторов и эксплуатационников АСУТП (выполняющих функции обслуживания и ремонта).

Операторы в большинстве случаев включаются в контур

управления, и поэтому существенно повышается их роль в обеспечении надежного функционирования АСУТП. При этом следует обратить внимание на следующее обстоятельство: при подготовке оперативного персонала для АСУТП под квалификацией понимается не только степень овладения специальностью, рабочими навыками, но и наличие специальных психологических способностей принимать ответственные решения в сложной технологической ситуации при дефиците времени.

91

Функции обслуживания АСУТП должны выполнять инженеры очень высокой квалификации, обладающие специфическими психологическими способностями.

В построении систем автоматизации особенно высоки темпы НТП, поэтому высоки и темпы морального устаревания знаний. Следовательно, постоянная учеба становится обязательным условием поддержания необходимого уровня профессионализма как операторов, так и всех работников, обеспечивающих работоспособность АСУТП.

Следующий принцип организации АСУТП – принцип соответствия. Он является частным проявлением системного подхода и принципа пропорциональности. Сущность его заключается в том, что должно быть обеспечено соответствие между потребностями автоматизированного объекта и возможностями АСУТП; соответствие используемых машинных языков решаемым задачам, математических методов потребностям организационных систем; соответствие между доходами от использования АСУ и затратами на ее создание и т.д.

Еще один принцип организации автоматизированного производства – принцип единообразия – проявляется в унификации

истандартизации элементов AСУ. Унификация элементов АСУ упрощает и удешевляет процессы проектирования, эксплуатации

иоблегчает преемственность при создании новых АСУ. Этот принцип проявляется, например, и в единообразии форм представления информации, которое достигается за счет унификации сообщений, форм документов, картотек, нормативов информации; в единообразии элементов математического обеспечения – за счет унификации алгоритмов, программ, процедур обработки информации; в единообразии организационноэкономических подсистем и их элементов – за счет унификации методов управления, структур, технологических процессов управления.

Перечисленные группы принципов, как это следует из их содержания, отвечают на вопрос: «Как организовать автомати-

92

зированное управление?» Еще раз подчеркнем, что цели автоматизации реализуются, если все эти и общие принципы организации любого производства применяются системно с учетом ситуационного подхода.

8. НЕКОТОРЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА И СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ СОЗДАНИИ АСУТП

Мы сочли необходимым для более полного уяснения этих элементов показать их использование на примере объектов, изучаемых в вузе в специальных курсах. Естественно, что при этом мы используем только очень ограниченный круг вопросов, относящихся, по нашему мнению, к курсу «Организация производства».

В начале проектирования системы, например АСУТП, после выбора объекта формируются общая цель, критерий функционирования и основные ограничения, накладываемые на работу АСУТП, на технологический процесс и все производство.

Цель может быть сформулирована, например, как повышение прибыли предприятия за счет повышения объема производства (реализации) продукции и, как следствие этого, снижения ее себестоимости. Естественно, что при этом используются результаты предварительного технико-экономического анализа, выполненного на стадии формирования инвестиционного замысла.

Критерий функционирования системы на этом этапе может быть сформулирован как общий критерий экономичности, известный из курса «Экономика предприятия» (при условии выполнения всех социально-правовых ограничений, установленных государством):

93

Па – εNKа → max,

где Па – прибыль от реализации продукции автоматизируемого производства;

εN – нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности капитальных вложений в автоматизацию;

Kа – капитальные вложения в автоматизацию.

Затем очерчиваются границы изучаемой системы (производства определенной продукции) и производится ее декомпозиция. Основная цель декомпозиции – разделение системы на части, имеющие меньшую сложность, т.е. отличающиеся меньшим числом элементов и связей. Декомпозиция предполагает применение каких-либо классификационных признаков. В качестве таких признаков могут быть использованы функция управления, иерархия управления, направление действий обеспечивающих подсистем и т.д.

Выбор признаков определяется целью и этапом проектирования. В результате выделяются структурные, функциональные, обеспечивающие и другие подсистемы.

Структурными считаются подсистемы, соответствующие структурному построению объекта. Например, структурные подсистемы производства в цехе – это технологические стадии, блоки и т.д., алгоритмы управления которыми различны.

Функциональные подсистемы соответствуют отдельным функциям управления(контроля, оперативногоуправленияи т.д.).

Декомпозиция по направлению действия обеспечивающих подсистем позволяет выделить все виды обеспечения и организовать функционирование этих подсистем.

Качественное функционирование АСУТП требует создания соответствующей обеспечивающей системы.

По направлениям действия (выполняемым функциям) обеспечивающая система должна включать следующие подсистемы: кадровую, организационную, информационную, техниче-

94

скую, метрологическую, а также подсистему программного обеспечения АСУТП.

В литературе вместо понятия «кадровое обеспечение» используется понятие «оперативный персонал». Представляется, что оно не определяет ни сущность, ни назначение обеспечения кадрами АСУТП. Кадровое обеспечение включает технологовоператоров и эксплуатационный персонал, обеспечивающих функционирование системы.

Технологи-операторы могут работать как в самом контуре управления, так и вне его. В первом случае они реализуют функции управления, используя рекомендации, выдаваемые комплексом технических средств. Вне контура управления оператор задает системе режим работы, контролирует работу системы и при необходимости (при отказе оборудования, аварийной ситуации, неавтоматизированном пуске-останове оборудования и др.) принимает на себя управление технологическим объектом. Поэтому очень важным для эффективного функционирования АСУТП является наличие специально подготовленного и психологически соответствующего персонала.

Оперативный персонал необходимо специально подбирать с учетом требований, предъявляемых комплексом технических средств (КТС), и специально его подготавливать.

Операторов в автоматизированном производстве должны отличать следующие качества:

♦умение общаться, т.е. взаимодействовать с АСУ;

♦безошибочность (показатель надежности) – персональная способность оператора выполнять предписанные технологическим регламентом и инструкциями операции качественно

ив строго заданной последовательности;

♦своевременность – способность оператора выполнять предписанные технологическим регламентом и инструкциями операции в строго заданные моменты времени и заданные интервалы времени;

♦надежное выполнение требований пользователя;

♦надежность функционирования работника.

95

Организационное обеспечение АСУТП включает схему организационной структуры и организационные документы.

Схема организационной структуры содержит:

♦состав подразделений (должностных лиц), обеспечивающих функционирование АСУТП либо использующих при принятиирешенийинформацию, полученнуюотАСУТП;

♦основные функции и связи между подразделениями

иотдельными должностными лицами, указанными на схеме,

иих подчиненность.

Всостав организационных документов включаются положения о подразделениях, должностные и рабочие инструкции входящего в них персонала и в случае необходимости другие документы, касающиеся решения организационных задач, например регламенты, стандарты и др.

Документация должна содержать совокупность правил

ипредписаний, обеспечивающих требуемое взаимодействие между группами оперативного персонала, а также между персоналом и комплексом средств.

Информационное обеспечение АСУТП включает систему кодирования технологической и технико-экономической информации, справочную и оперативную информацию, описания всех сигналов и кодов, используемых для связи технических средств. Применяемые коды должны включать минимальное число знаков, иметь логическую структуру и отвечать другим требованиям кодирования. Формы выходных документов и другие формы представления информации не должны вызывать трудностей у персонала при их использовании.

Винформационном обеспечении в соответствии с требованиями технического задания предусматривается некоторая избыточность, позволяющая обеспечить расширение массивов при развитии системы, а также совместимость со смежными и вышестоящими системами по содержанию, системе кодирования и форме представления информации, используемой для обмена.

96

Программное обеспечение АСУТП включает в себя общее программное обеспечение, поставляемое со средствами вычислительной техники, в том числе организующие программы, про- граммы-диспетчеры, транслирующие программы, операционные системы, библиотеки стандартных программ и др.; специальное программное обеспечение – совокупность программ, реализующих функционирование конкретной системы и обеспечивающих функционирование комплекса технических средств, в том числе аппаратным путем. Это означает, что часть программ «зашивается» в аппаратуру и реализуется автоматически. Остальные программы представляются на машинных носителях информации, что позволяет их хранить вне технических средств и вводить в вычислительную машину при необходимости.

Программное обеспечение осуществляет контроль информации, поступающей от объекта управления, от персонала и других систем, а также контроль результатов своих вычислений. Все это позволяет повысить надежность работы системы в целом. Обслуживающие программы обеспечивают внесение изменений, дополнений, снятие копий с информации, записанной на внешних носителях, контрольную распечатку информации и т.п.

Техническое обеспечение АСУТП, называемое также комплексом технических средств или технической системой управления, включает в себя:

♦средства получения информации о состоянии объекта управления и средства ввода данных в систему;

♦средстваформированияипередачиинформациивсистеме;

♦средства локального регулирования и управления;

♦средства вычислительной техники;

♦средства представления информации оперативному персоналу системы;

♦исполнительные устройства;

♦средства передачи информации в смежные и вышестоящие АСУ;

97

♦отдельные средства оргтехники, не увязанные в систему

иобеспечивающие работу оперативного персонала;

♦приборы и устройства, необходимые для наладки и проверки работоспособности комплекса;

♦запасные приборы.

Количество технических средств и их производительность должны быть достаточными для реализации всех функций, перечисленных в техническом задании к системе.

9. РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

9.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ

Технологический процесс (ТП) – важнейшая часть производственного процесса (ПП). Качество ТП определяет эффективность ПП во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в промышленности. Поэтому все ТП регламентируются. В особенности это касается химико-технологических процессов (ХТП).

Ни в одной отрасли ТП с такой жесткостью не регламентируются, ни в одной отрасли не используется формулировка «технологический регламент – закон производства».

Существенно более жесткая регламентация ХТП является следствием их экологической опасности и пожаровзрывоопасности. Эта опасность усиливается непрерывностью, многостадийностью, высокой интенсивностью, жесткостью технологических связей ХТП, многотоннажностью производства, высокой материалоемкостью продукции.

При этом уровень каждого из показателей, характеризующих результативность процесса, зависит от точности поддержа-

98

ния технологических параметров, утвержденных в технологическом регламенте.

Технологический регламент – это нормативный документ, в котором изложены необходимые и достаточные для осуществления технологического процесса условия, соблюдение которых обеспечивает безопасные и экономически целесообразные условия его функционирования. Технологический регламент разрабатывается и утверждается для каждого химического производства, как массового, так и опытного.

Состав технологического регламента:

1.Общая характеристика производства и его технико-эко- номический уровень.

2.Характеристика производимой продукции.

3.Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов.

4.Описание технологического процесса и схемы.

5.Материальный баланс.

6.Нормы расхода основных видов сырья, материалов, энергоресурсов.

7.Ежегодные нормы образования отходов производства.

8.Нормы технологического режима.

9.Контроль производства и управления технологическим процессом.

10.Возможныенеполадкивработеиспособыихликвидации.

11.Охрана окружающей среды.

12.Основныеправилабезопаснойэксплуатациипроизводства.

13.Перечень обязательных инструкций.

14.Чертежи технологической схемы производства.

15.Спецификацияосновноготехнологическогооборудования. Основные необходимые для деятельности инженера по

автоматизации разделы технологического регламента – 4, 8, 9. Они определяют последовательность осуществления тех-

нологических стадий и операций и технологический режим. Технологический режим, в свою очередь, включает в себя пере-

99

чень технологических параметров, характеризующих технологический процесс, и количественный уровень, на котором они должны поддерживаться. Количественный уровень технологических параметров может задаваться или диапазоном их колебаний (максимальным-минимальным пределом колебаний, например Т = 170…150 °С), или точностью их поддержания (их оптимальным уровнем и допустимой величиной отклонения от этого уровня Т = (160±10) ° С). Качество регламента и, следовательно, уровень социально-экономической эффективности ХТП, осуществляемого по этому регламенту, определяются полнотой установления технологических параметров, характеризующих процесс, обоснованностью их оптимального уровня и величины отклонений от этого уровня (точностью их поддержания). Как диапазон колебаний технологических параметров, так и точность их поддержания устанавливаются последовательно на технологически необходимом, технически возможном и экономически целесообразном уровне.

Технологически необходимые отклонения – это уровень ограничений на колебания параметров, превышение (снижение) которого приводит к отрицательным социальным или существенным экономическим последствиям. Иначе говоря, диапазон изменения, точность поддержания технологических параметров в регламенте определяют ограничения, в пределах которых ХТП может функционировать с достаточной безопасностью и скоростью. В качестве ограничений могут быть приняты технологические параметры, которые определяют предел взрывоопасности, срок службы катализатора, возможность выбросов и т.д. Например, при повышении температуры сгорает катализатор, нарушается целостность стенки аппарата, очень медленно протекает процесс, может быть выброс содержимого из аппарата, взрыв и т.п.

Практически технологически необходимая величина отклонения технологического параметра от оптимального уровня определяется особенностями технологического процесса (его

100