Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами. Учебное пособие.pdf
принятых проектных решений и достаточном для дальнейшего выполнения работ по созданию АСУТП.
На этапе «Разработка и оформление документации на поставку
изделий для комплектования АСУТП и технических требований (технических заданий) на их разработку» проводится:
- подготовка и оформление документации на поставку изделий
для комплектования АСУТП;
- определение технических требований или составление ТЗ на
разработку несерийных изделий.
На этапе «Разработка заданий на проектирование в смежных
частях проекта» осуществляется:
Разработка оформление, согласование и утверждение заданий
на проектирование в смежных частях проекта для проведения строительных, электротехнических, санитарно-технических и других подготовительных работ, связанных созданием АСУТП.
Стадия «Рабочий проект (Рабочая документация)» включает в
себя следующие этапы:
- разработка рабочей документации на АСУТП и ее части;
- разработка и конфигурация программного обеспечения.
На этапе «Разработка рабочей документации на АСУТП и ее
части» осуществляется:
- разработка рабочей документации, содержащей все необхо-
димые и достаточные сведения для обеспечения выполнения работ по
вводу АСУТП в действие и для её эксплуатации, а также для сохранения уровня эксплуатационных характеристик системы в соответствии с
принятыми проектными решениями;
- оформление, согласование и утверждение рабочей докумен-
тации на АСУТП.
На этапе «Разработка и конфигурация программного обеспечения» проводится:
- разработка прикладного программного обеспечения;
- выбор, адаптация и привязка программных средств, разработ-
ка программной документации.
Стадия «Ввод в действие» состоит из следующих этапов:
- подготовка объекта автоматизации к вводу АСУТП в дейст-
вие;
- подготовка персонала;
- 11 -
- комплектация АСУТП поставляемыми изделиями (программ-
ными техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями);
- строительно-монтажные работы;
- пуска наладочные работы;
- проведение предварительных испытаний;
- проведение опытной эксплуатации;
- проведение приемочных испытаний.
На этапе «Подготовка объекта автоматизации к вводу АСУТП
в действие» проводятся работы по организационной подготовке объекта автоматизации к вводу АСУТП в действие, в том числе:
- реализация проектных решений по организационной структу-
ре АСУТП;
- обеспечение подразделений объекта управления инструктив-
но-методическими материалами.
На этапе «Подготовка персонала» проводится:
- обучение персонала, и проверка его способности обеспечить
функционирование АСУТП.
На этапе «Комплектация АСУТП поставляемыми изделиями»
обеспечивается:
- получение комплектующих изделий серийного и единичного
производства, материалов и монтажных изделий;
- проводится входной контроль их качества.
На этапе «Строительно-монтажные работы» проводится:
- выполнение работ по строительству специализированных
зданий (помещений) для размещения технических средств и персонала
АСУТП;
- сооружение кабельных каналов;
- выполнение работ по монтажу технических средств и линий
связи;
- испытание смонтированных технических средств;
- сдача технических средств для проведения пусконаладочных
работ.
На этапе «Пусконаладочные работы» проводится:
- автономная наладка технических средств;
- загрузка системного и прикладного программного обеспече-
ния;
- комплексная наладка всех средств системы.
- 12 -
На этапе «Проведение предварительных испытаний» осуществляются:
- испытания АСУТП на работоспособность и соответствие тех-
ническому заданию и в соответствии с программой предварительных
испытаний;
- устранение неисправностей и внесение изменений в докумен-
тацию на АСУТП в соответствии с протоколом испытаний;
- оформление акта о приемке АСУТП в опытную эксплуата-
цию.
На этапе «Проведение опытной эксплуатации» проводится:
- опытная эксплуатация АСУТП;
- анализ результатов опытной эксплуатации АСУТП;
- доработка (при необходимости) программного обеспечения
АСУТП;
- дополнительная наладка технических средств АСУТП;
- доработка проектной документации;
- оформление акта о завершении опытной эксплуатации.
На этапе «Проведение приемочных испытаний» проводятся:
- испытания на соответствие техническому заданию и в соот-
ветствии с программой приемочных испытаний;
- анализ результатов испытаний АСУТП и устранение недос-
татков, выявленных при испытаниях;
- оформление протокола и отчета по каждому объекту испыта-
ний, определенному программой испытаний;
- оформление акта о приемке АСУТП в постоянную (промыш-
ленную) эксплуатацию.
Стадия «Сопровождение АСУТП» включает в себя:
- выполнение работ в соответствии с гарантийным и обяза-
тельствами;
- после гарантийное обслуживание.
На этапе «Выполнение работ в соответствии с гарантийными
обязательствами» осуществляются:
- работы по устранению недостатков, выявленных при эксплуа-
тации АСУТП в течение установленных гарантийных сроков;
- внесение необходимых изменений в документацию на
АСУТП.
На этапе «Послегарантийное обслуживание» осуществляется:
- анализ функционирования системы;
- 13 -
- выявление отклонений фактических эксплуатационных харак-
теристик АСУТП от проектных значений;
- установление причин этих отклонений;
- устранение выявленных недостатков и обеспечение стабиль-
ности эксплуатационных характеристик АСУТП;
- внесение необходимых изменений в документацию на
АСУТП.
1.3. Структура АСУТП. Общие требования
Требования к системе в целом
Разрабатываемая АСУТП должна соответствовать ГОСТ
24.104-85ЕССАСУ «Автоматизированные системы управления. Об-
щие требования» с учетом требований, изложенных в данном разделе.
Требования к структуре и функционированию системы
По функциональным признакам структура АСУТП подразделяется на следующие категории:
- распределенная система управления (в дальнейшем РСУ), ба-
зирующаяся на специализированной микропроцессорной технике,
предназначенной для управления технологическим процессом совместно с оперативным персоналом в режиме реального времени. Предоставления информации в виде технологических данных, трендов, отчетов в заводскую ЛВС, директору завода, главному инженеру, диспетчеру, главным специалистам, начальникам технологических цехов;
- система противоаварийной защиты (в дальнейшем ПАЗ), ба-
зирующаяся на специализированной микропроцессорной технике повышенной надежности, предназначенной для предотвращения аварийных ситуаций и автоматического перевода технологического процесса
в безопасное состояние при возникновении предаварийных ситуаций;
- периферийное оборудование – понятие, объединяющее датчики, анализаторы, преобразователи и исполнительные механизмы, а
также электрические и другие приводы, установленные как непосредственно на технологическом оборудовании, так и в специальных помещениях, и подключенные к РСУ и ПАЗ. АСУТП должна быть ориентирована на работу в жестком реальном времени, и быть предсказуемой, то есть обеспечивать выполнение всех функций с заданной
периодичностью и точно в назначенный срок.
Должна быть обеспечена н
- от несанкционированного доступа;
адежная защита АСУТП:
- 14 -
- от разрушения или останова работы программного обеспече-
ния в результате некорректных действий оператора технологического
процесса;
- от проникновения в систему вирусов.
Должна быть обеспечена возможность полного исключения на
использование станции оператора в качестве персонального компьютера для непроизводственных целей, выходящих за рамки инструкций
технолога-оператора.
Для удобства восприятия информации выработки соответствующих стереотипов у технолога-оператора, вся технологическая информация должна быть организована иерархически, воспроизводя организационную структуру производства в естественной для технологического персонала форме:
Производство/Цех.
Отделение.
Технологический узел.
Контур (параметр).
Должна быть возможность управления технологическим процессом с любого рабочего места оператора-технолога в данном помещении управления операторной.
В составе программного обеспечения системы должен быть набор программных модулей функциональных блоков, позволяющих
осуществлять контроль и управление технологическими объектами
различных классов. Система должна иметь возможность оперативного
конфигурирования прикладного программного обеспечения на отдельной инженерной станции без нарушения работоспособности системы.
Конфигурирование и настройка системы под конкретный объект управления должна производиться в человеко-машинной интерактивной среде, обученными работе с системой специалистами. АСУТП
должна иметь гибкую структуру, обеспечивать модификацию алгоритмов решения задачи наборов участвующих в них переменных, конфигурирование схем регулирования и управления.
Работа распределенной системы управления недолжна влиять
на работу системы противоаварийной защиты – как в нормальном
режиме работы ,так и в случае нарушения своей работоспособности.
В системе должны иметься аппаратные и аппаратнопрограммные средства диагностики сетей, станций, блоков и модулей.
- 15 -
Пуск и останов технологических установок будет производиться технологическим персоналом в автоматизированном режиме с помощью дистанционного управления под контролем АСУТП.
Система противоаварийной защиты должна строиться на автономно функционирующих средствах микропроцессорной техники, измерительных датчиках и исполнительных механизмах, и обеспечивать
гарантированную реализацию алгоритмов защиты технологического
процесса в предаварийных ситуациях.
Технические средства РСУ и ПАЗ должны быть резервированы. При выходе из строя какого-либо из модулей (блоков) должен
происходить автоматический переход на резервный модуль (блок) с
регистрацией и выдачей соответствующего сообщения. Должна быть
предусмотрена возможность замены неисправных модулей в оперативном режиме работы РСУ и системы ПАЗ.
АСУТП должна иметь программные и аппаратные средства для
подключения к локальной вычислительной сети производства (завода),
а также к единой («корпоративной»)сети предприятия.
Гарантийный срок на оборудование систем РСУ и ПАЗ должен
быть не менее 1 года с учётом срока хранения и при соблюдении заказчиком условий хранения, монтажа и эксплуатации, оговоренных
настоящим ТЗ, проектной и эксплуатационной документацией.
Требования к численности и квалификации персонала
Персонал автоматизированной системы в соответствии с ролью, выполняемой им в процессе функционирования системы, делится
на 2 основные категории:
- оперативный (технологический) персонал;
- эксплуатационный (обслуживающий) персонал.
Кооперативному персоналу относятся лица, непосредственно
участвующие в принятии решений по управлению технологическим
процессом и в выполнении функций защиты. В данном случае – это
аппаратчики, начальник и смен и технологических установок, технологии, начальники цехов.
Количество и квалификация технологического персонала определяется действующим штатным расписанием.
Внедрение системы не повлияет на численность технологического персонала, однако потребует от него специальной подготовки.
К эксплуатационному (обслуживающему) персоналу относятся
лица, обеспечивающие нормальные условия функционирования систе-
- 16 -
мы в соответствии с инструкциями по эксплуатации обслуживанию, и
выполняющие работы по техническому обслуживанию системы.
Предполагается, что обслуживающий персонал подразделения
АСУТП будет состоять как минимум из следующих категорий работников, прошедших соответствующее обучение:
- начальник сектора АСУТП;
- ведущий инженер-электроник;
- ведущий инженер-программист;
- инженер-электроник;
- инженер-программист;
- сменный инженер.
Примечание: По согласованию с администрацией предприятия
численность и состав персонала сектора АСУТП могут быть оставлены в соответствии с существующим штатным расписанием.
Перед вводом системы в эксплуатацию технологический и эксплуатационный персонал должен пройти соответствующее обучение.
Помимо персонала АСУТП, работу системы обеспечивает также ремонтный персонал, непосредственно в функционировании системы не участвующий, однако способный выполнить ремонт отказавших
технических средств.
Требования к показателям назначения
Оборудование РС и ПАЗ должно иметь модульную архитектуру, предусматривающую возможность расширения и развития функций АСУТП.
Программное обеспечение АСУТП должно иметь гибкую
структуру, давать возможность легко адаптироваться к изменениям
характеристик технологических процессов, обеспечивать модификацию алгоритмов решения задач и наборов участвующих в них переменных, переконфигурирование схем регулирования и управления.
Система ПАЗ должна обеспечивать функции противоаварийной защиты по заданным в технологическом регламенте алгоритмам, и
иметь возможность переконфигурации при изменении алгоритмов защиты технологического процесса.
На стадии подготовки спецификаций проекта необходимо предусмотреть достаточные резервы по оперативной и дисковой памяти, а
также по быстродействию микропроцессорных устройств и промыш-
- 17 -
ленных сетей, которые (резервы) потребуются для развития функций
системы.
Как РСУ, так и система ПАЗ, должны иметь 10% резерв по информационным и управляющим каналам.
Требования к надёжности
Показатели надежности системы должны отвечать требованиям
ГОСТ 24.701-86ЕССАСУ «Надежность автоматизированных систем
управления. Основные положения». Обеспечение необходимого уровня надежности требует проведения специального комплекса работ, выполняемых на разных стадиях создания и эксплуатации АСУТП.
При решении вопросов обеспечения требуемого уровня надежности АСУТП необходимо учитывать следующие особенности:
1. АСУТП является многофункциональной системой, функции
которой имеют различную значимость и, соответственно, характеризуются разным уровнем требований к надежности их выполнения.
2. В работе АСУТП участвуют различные виды обеспечения, в
том числе и так называемый «человеческий фактор», который может в
существенной степени влиять на уровень надежности АСУТП.
3. В состав АСУТП входит большое количество разнородных
элементов (включая технологический и эксплуатационный персонал).
При этом в выполнении одной функции АСУТП обычно участвуют
несколько различных элементов, а один и тот же элемент может участвовать в выполнении нескольких функций системы.
Поэтому при решении вопросов, связанных с надежностью
АСУТП, количественное описание, анализ, оценка и обеспечение надежности необходимо проводить по каждой функции АСУТП в от-
дельности. В обоснованных случаях необходимо использовать анализ
возможности возникновения в системе аварийных ситуаций, ведущих
к значительным техническим, экономическим или социальным потерям вследствие аварии объекта управления или автоматизированного
комплекса в целом.
На уровень надежности АСУТП в существенной степени
влияют следующие основные факторы:
- состав и уровень надежности используемых технических
средств, их взаимодействие и взаимосвязь в структуре комплекса технических средств АСУТП;
- 18 -
- состав и уровень надежности используемых программных
средств, их содержание взаимосвязь и взаимодействие в структуре
программного обеспечения АСУТП;
- уровень квалификации, организации работы, и уровень на-
дежности технологического, эксплуатационного и обслуживающего
персонала;
- рациональность распределения задач, решаемых системой,
между КТС, программным обеспечением, и персоналом;
- режимы и организационные формы эксплуатации КТС
АСУТП;
- степень использования различных видов резервирования
(структурного, информационного, алгоритмического, функционального, временного и др.);
- степень использования методов и средств технической диаг-
ностики;
- реальные условия функционирования АСУТП.
Пояснение. Свойства информационного, математического,
лингвистического, правового обеспечения АСУТП влияют на надежность АСУТП косвенно через функционирование технических и программных средств, действия технологического и эксплуатационного
персонала, поэтому при решении вопросов, связанных с надежностью
АСУТП, отдельно не учитываются.
При анализе надежности АСУТП необходимо учитывать, что
элементы, входящие в состав какой-либо функциональной подсистемы, должны решать задачи взаимной компенсации нарушений нормальной работы, сводить к минимуму их неблагоприятные последствия, и предотвращать переход этих нарушений в отказы выполнения
соответствующих функций:
Программное обеспечение функциональной подсистемы должно предотвращать возникновение отказов в выполнении функций
АСУТП при отказах технических средств функциональной подсистемы и при ошибках персонала, участвующего в выполнении этой функции, либо должно обеспечить перевод отказов, ведущих к большим
потерям, в отказы, сопряженные с малыми потерями;
Технические средства функциональной подсистемы должны не
допускать перехода определенных нарушений в работе программного
обеспечения и персонала в отказ выполнения функции АСУТП, либо
минимизировать последствия отказа;
- 19 -
Технологический и эксплуатационный персонал должен принимать активные меры к недопущению отказов в работе функциональной подсистемы при отказах технических средств или при выявлении
ошибок в программном обеспечении, либо к снижению потерь от таких отказов.
Выбор состава показателей надежности АСУТП необходимо
производить на основе установленного данным техническим заданием
перечня функций системы, видов их отказов, и перечня аварийных ситуаций, для которых регламентируют требования к надежности. Исходными данными для определения обоснованных требований к надежности АСУТП являются:
- виды и критерии отказов по всем рассматриваемым функциям
АСУТП;
- уровень эффективности по всем функциям системы и величи-
ны ущербов по всем видам отказов;
- состав персонала, технических и программных элементов,
участвующих в выполнении каждой функции системы;
- возможные пути повышения надежности для каждой функции
АСУТП, и связанные с ним затраты;
- величины ущербов, связанные с возникновением в АСУТП
аварийных ситуаций;
- возможные пути снижения опасности возникновения аварий-
ных ситуаций, и связанные с ними затраты.
Требования по обеспечению надежности АСУТП должны определяться путем сопоставления потерь, связанных с отказами АСУТП
в выполнении функций и возникновением аварийных ситуаций, и затрат, связанных с обеспечением и повышением надежности АСУТП,
включая удорожание оборудования.
Надежность технических средств и программного обеспечения,
предназначенных для реализации каждой из функций системы, должна
обеспечивать в совокупности выполнение указанных требований по
надежности функций системы в целом.
Необходимый уровень надежности конкретной АСУТП должен
обеспечиваться специальным комплексом работ, проводимых на всех
этапах создания и функционирования системы. К обязательным работам по обеспечению надежности АСУТП, которые следует выполнять
в процессе создания АСУТП, относятся:
- анализ состава и содержания функций разрабатываемой
АСУТП;
- 20 -