Учебное пособие (к диплому)

Глава вторая. Методические основы начальной стадии дипломного проектирования

2.1. Предварительные замечания

Понятие проектирования здесь и далее рассматривается в расширенном толковании (сквозное проектирование), что следует из следующих базовых определений:

−проектирование – процесс разработки описаний нового (модернизируемого) объекта, достаточных для его создания (изготовления) в заданных условиях;

−описание – комплект конструкторской и технологической документации в виде чертежей, схем, спецификаций, программ, пояснительных записок и др. Описания, достаточные для создания объекта, называются окончательными. Окончательность описаний подтверждается на этапе ввода объекта в эксплуатацию.

Процесс проектирования занимает важнейшее место в структуре жизненного цикла (ЖЦ) системы управления (СУ) и согласуется с концепцией комплектных поставок автоматизированного оборудования (“под ключ”).

В соответствии с расширенной концепцией «сквозного» проектирования технология создания современных АСУТП на базе ПТК сетевой иерархической структуры включает в себя

(рис.2.1):

−начальную стадию предпроектных работ;

−стадию функционального проектирования (алгоритмический синтез);

−стадию конструкторского проектирования (технический синтез);

−стадию технологического проектирования (ввод АСУТП в действие).

По аналогии с рассматриваемой технологией создания

АСУТП в ходе дипломного проектирования также необходимо придерживаться приведенной последовательности выполнения проекта.

В настоящей главе рассматривается содержание работ на предпроектной стадии, включая разработку технического задания.

21

22

2.2. Подготовка к дипломному проектированию

Дипломное проектирование, по возможности, должно быть максимально приближено к реальному проектированию АСУТП. Поэтому необходимо провести обследование автоматизируемого объекта, включая сбор сведений о зарубежных и отечественных аналогах.

Перед началом преддипломной практики дополнительно к общей программе практики (приложение П1) студент получает от руководителя дипломного проекта развернутое задание, в котором детализируются вопросы предпроектной стадии с учетом особенностей технологического объекта управления и задач разрабатываемой АСУТП или ее подсистем.

Задание на практику должно быть увязано с темой дипломной работы и содержать календарный план выполнения основных этапов практики: изучение объекта автоматизации с использованием специальной технической литературы, отчетов по НИР и ОКР, постановку целей и задач НИР и ОКР, изучение или разработку методики экспериментальных исследований; вопросы математического моделирования; подготовка и проведение промышленного эксперимента; изучение новых технических средств, метрологические вопросы и т.п. Вопросы экономического обоснования разрабатываемой (модернизируемой) АСУТП с целью конкретизации задания по экономической части проекта и вопросы БЖД, экологической защиты окружающей среды согласуются с консультантами соответствующих частей проекта (работы).

2.3. Рекомендации по разработке концепции АСУТП

По результатам предварительной стадии дипломного проектирования рекомендуется разработать концепцию проектируемой АСУТП.

Под концепцией понимается наиболее общая руководящая система взглядов на конечный облик модернизируемого (создаваемого) энергетического объекта и на технологию создания АСУТП (перехода от существующей СКУ к новой АСУТП).

Концепция в концентрированном виде отражает взгляды разработчика на создаваемую АСУТП и содержит следующие основные положения (рис. 2.2).

23

При разработке концепции модернизации АСУТП мощных энергоблоков требуется рассмотреть:

•технологические основы модернизации АСУТП энергетического объекта, включающие в себя краткую характеристику оборудования, технологические особенности управления основными режимами и направления совершенствования существующей системы управления;

•оценку текущего состояния действующей СКУ энергетического объекта, включающую оценку состояния технических средств автоматизации и полноту реализации функций системы;

•основополагающие решения по создаваемой АСУТП энергетического объекта, определяющие цели модернизации, функциональную и техническую структуру новой системы управления;

•технологию модернизации СКУ энергетического объекта, определяющую последовательность работ по созданию полномасштабной АСУТП.

При разработке концепции модернизации СКУ необходимо учитывать опыт эксплуатации существующей системы управления энергетического объекта; требования, направленные на расширение функциональных возможностей системы управления энергетического объекта, и потенциальные возможности базового ПТК.

2.4.Рекомендации по разработке технического задания на АСУТП автоматизируемого объекта

2.4.1. Характеристика состава и содержания технического задания

Техническое задание (ТЗ) – это основной документ, определяющий основные требования к АСУТП и порядок ее создания или модернизации (в том числе, порядок сдачиприемки системы при вводе ее в действие).

Техническое задание на АСУТП разрабатывается в соответствии с требованиями и содержит следующие разделы:

1)общие сведения;

2)назначение и цели создания (развития) системы;

3)характеристика объектов автоматизации;

4)требования к системе;

5)состав и содержание работ по созданию системы;

6)порядок контроля и приемки системы;

25

7)требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие;

8)требования к документированию;

9)источники разработки.

Взависимости от вида, назначения, специфических особенностей объекта автоматизации и условий функционирования системы допускается оформлять ТЗ в целом или его отдельные разделы в виде приложений, вводить дополнительные подразделы, исключать или объединять подразделы ТЗ.

Техническое задание на АСУТП рекомендуется согласовать

сруководителем преддипломной практики от предприятия, где руководитель выступает в роли заказчика АСУТП, а студент в роли исполнителя (разработчика АСУТП). Допустимо вносить изменения в ТЗ на АСУТП до начала проектирования при согласовании с руководителем дипломного проекта. При разработке технического задания следует в части общих требований избегать дублирования положений нормативных документов и ограничиться соответствующими ссылками.

Положения ТЗ должны быть изложены кратко и однозначно

сучетом специфики рассматриваемого объекта автоматизации. Объем ТЗ, как правило, не должен превышать 5 – 7 страниц в основной части пояснительной записки (вспомогательные материалы следует вынести в приложения).

2.4.2. Рекомендации по разработке PI-диаграмм

Наиболее информативной частью описания объекта автоматизации в составе ТЗ служат технологические схемы или PI-диаграммы (PI-диаграммы). Термин PI-диаграмма является сокращением английских слов: Pipeline – трубопровод; Instrumentation – оснащение измерительной аппаратурой и приборами.

С учетом того, что на PI-диаграмме отображаются все контролируемые технологические параметры (датчики) и исполнительные устройства (в том числе, запорная и регулирующая арматура), соответствующие листы

обязательно включаются в состав графического материала по дипломному проекту (дипломной работе).

При этом именно в ходе разработки PI-диаграмм принимаются основные решения в части технологического процесса, направлений материальных и энергетических потоков,

26

расположения основного и вспомогательного оборудования, запорной и регулирующей арматуры, определение параметров материальных сред, диаметров и материалов трубопроводов и многое другое. Одновременно с перечисленными факторами при разработке PI-диаграммы принимаются все основные решения в части нижнего («полевого») уровня системы управления объектами ТЭС, а именно: места расположения отборов первичных датчиков технологических параметров; места расположения приводов запорной и регулирующей арматуры; участие конкретного элемента в тех или иных задачах управления (технологические защиты, технологическая сигнализация, автоматическое регулирование и др.); кодирование трубопроводов, датчиков и исполнительных устройств (в соответствии с принятой для данного объекта системой кодирования). Кроме того, разработка PI-диаграмм является одной из самых ответственных интегрирующих процедур, объединяющей усилия проектировщиков разных специальностей. На основании PI-диаграмм далее составляются перечни контролируемых технологических параметров (датчиков) и управляемых исполнительных устройств.

При кодировании элементов на PI-диаграммах допускается применять систему кодирования, применяемую на конкретном энергетическом объекте. При этом следует учитывать сложившуюся в настоящее время в энергетике практику применения систем кодирования: на всех новых энергетических объектах применяется система KKS; на модернизируемых энергетических объектах используются, как правило, две системы кодирования – система, применяемая на объекте до модернизации, и система KKS.

2.4.3. Рекомендации по определению требований к системе

Основной частью технического задания является разработка требований к АСУТП. В дипломном проекте разрабатываются исключительно требования в объеме разрабатываемой (исследуемой) подсистемы АСУТП, позволяющие реализовать весь комплекс возлагаемых на подсистему задач.

Раздел “Требования к системе” состоит из следующих подразделов:

1) требования к системе в целом;

27

2)требования к функциям (задачам), выполняемым системой;

3)требования к видам обеспечения.

Вподразделе "Требование к системе в целом" рекомендуется определять следующие требования:

- требования к структуре и функционированию АСУТП; - требования к надежности;

- требования по обеспечению безопасности при монтаже, наладке, эксплуатации, обслуживании и ремонте технических средств системы; - требования к эргономике и технической эстетике;

- требования к защите информации от несанкционированного доступа; - требования к сохранности информации;

- требования к защите от влияния внешних воздействий; - требования к быстродействию системы; - требования к кодированию информации;

- требования по диагностированию технических средств системы; - требования по взаимодействию с внешними системами;

- требования к функциональному резерву; - требования по организации питания, заземления и прокладке кабелей.

Большая часть требований к системе в целом определена действующими ГОСТами и отраслевыми стандартами (ОС). Поэтому в дипломном проекте (работе) следует приводить по изложенным позициям только особые требования, отражающие специфику разрабатываемой системы.

Вподразделе "Требования к функциям (задачам), выполняемым системой" приводят перечень функций (задач) по следующим группам:

- информационные функции; - управляющие функции;

- сервисные функции (регистрация сигналов, архивация, протоколирование и др.).

Всостав функций следует включать только такие задачи, которые будут проработаны в дипломном проекте.

Кинформационным функциям относятся:

-сбор и первичная обработка информации;

-оперативный контроль оборудования;

-технологическая сигнализация;

28

-расчет и анализ технико-экономических показателей;

-анализ действия защит;

-контроль вибрации турбогенератора и механизмов собственных нужд;

-контроль выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;

-техническая диагностика тепломеханического оборудования;

-контроль качества автоматического регулирования технологических параметров и др.

Содержательная часть требований к реализуемым информационным функциям должна быть подкреплена дополнительными материалами (например, перечнем точек контроля по автоматизируемому энергетическому объекту).

Куправляющим функциям относятся:

-дистанционное управление;

-автоматическое регулирование;

-технологические защиты, блокировки и АВР;

-управление мощностью энергоблока;

-автоматическое регулирование тепловой нагрузки котла;

-функционально-групповое логическое управление;

-автоматизация настройки АСР и др.

Содержательная часть требований к управляющим функциям должна быть подкреплена следующими дополнительными материалами:

-состав исполнительных устройств, включая перечень запорной арматуры с электроприводом, перечень регулирующих органов с исполнительными механизмами постоянной скорости (МЭО), перечень импульсных и отсечных клапанов, перечень механизмов собственных нужд энергоблока;

-перечень технологических защит, блокировок и АВР;

-перечень автоматических регуляторов;

-требования к показателям качества автоматического регулирования;

-состав программ логического функционально-группового управления (автоматический пуск-останов оборудования;

-сложные технологические блокировки) и др.

В подразделе "Требования к видам обеспечения" в настоящее время принято определять следующие требования:

-требования к ПТК;

-требования к организационному обеспечению;

29

- требования к метрологическому обеспечению (рассматриваются далее в п.п. 2.4.4).

По требованиям к ПТК дополнительно могут быть сформулированы:

-особые требования к аппаратным средствам ПТК (аппаратные средства управляющего комплекса; аппаратные средства информационно-вычислительного комплекса; средства сетевого комплекса);

-особые требования к программному обеспечению ПТК;

-требования к составу и содержанию технической

документации на ПТК.

По требованиям к организационному обеспечению указывают:

-требования к регламенту эксплуатации системы;

-требования к количеству и квалификации обслуживающего персонала системы, режимам его работы;

-требования к оснащению системы средствами обучения

оперативного персонала (тренажерными комплексами). В целом состав требований к системе устанавливают в

зависимости от вида, назначения, специфических особенностей и условий функционирования конкретной системы. В каждом подразделе приводят ссылки на действующие стандарты и НТД.

2.4.4.Требования к метрологическому обеспечению информационо-измерительных каналов

При разработки технического задания на АСУТП в требованиях к метрологическому обеспечению приводят:

-перечень измерительных каналов;

-требования к точности измерений параметров и к метрологическим характеристикам измерительных каналов;

-требования к метрологической совместимости технических и программных средств системы;

-перечень информационных каналов системы, для которых необходимо оценивать характеристики точности;

-вид метрологической аттестации (государственная или

ведомственная) с указанием порядка ее проведения. Перечень контролируемых параметров и требования к

погрешности рекомендуется сформировать в виде таблицы. Для

30