Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами. Учебное пособие.pdf
- определение конкретного содержания понятия ОТКАЗ, и кри-
териев отказа по каждому виду отказов для всех функций системы;
- определение конкретного содержания понятия «АВАРИЙ-
НАЯ СИТУАЦИЯ» для данной системы и критериев аварийной ситуации по каждой из рассматриваемых ситуации;
- анализ аварийных ситуаций в АСУТП;
- выбор состава показателей надежности по всем функциям
АСУТП, указанным в техническом задании на АСУТП и, при необходимости, по всем аварийным ситуациям и определение требований к
уровню их значений;
- выбор методов оценки надежности АСУТП на различных ста-
диях ее создания и функционирования;
- проведение проектной оценки надежности АСУТП при разра-
ботке технического (технорабочего) проекта системы. Общий порядок
оценки надежности автоматизированных систем приведен в разделе 4
ГОСТ 24.701-86;
- определение режимов и параметров технической эксплуата-
ции АСУТП.
Надежность систем ПАЗ должна обеспечиваться:
- аппаратурным резервированием:
- модулей центрального процессора (управляющих модулей);
- модулей ввода/вывода;
- промышленных сетей;
- источников питания;
- временной, алгоритмической, информационной и функцио-
нальной избыточностью, и наличием средств оперативной и автономной диагностики.
Далее приводятся основные меры и показатели, которые необходимо предусмотреть для обеспечения надежности комплекса технических средств и программного обеспечения.
РСУ и система ПАЗ должны иметь средства бесперебойного
питания, чтобы функции контроля и защиты выполнялись при любых
сбоях энергоснабжения. Система бесперебойного электропитания
должна обеспечивать функционирование РСУ, ПАЗ и полевого оборудования КИП и А в течение 30 минут после аварийного отключения
электроэнергии.
Структура комплекса технических средств должна предусматривать возможность запитывания РСУ и системы ПАЗ от двух незави-
- 21 -
симых вводов через один источник бесперебойного питания, имеющего возможность автоматического включения резерва.
После снятия условий защитных блокировок включение исполнительных механизмов должно выполняться технологическим персоналом дистанционно с рабочего места технолога-оператора (при ус-
ловии санкционированного доступа к органам управления).
Как РСУ, так и система ПАЗ должны иметь в своем составе аппаратно-программные средства самодиагностики, позволяющие фиксировать отказы оборудования системы с точностью до модуля, и передавать о них сообщения на рабочие станции для архивирования.
Для РСУ и системы ПАЗ должно быть предусмотрено резервирование необходимого типа (дублированные контроллеры, дублированные платы ввода-вывода, дублированные блоки питания, дублиро-
ванная шина системы).
Все промышленные сети в составе АСУТП должны быть резервированы. Согласно ПБ09-540-03, п.6.3.2,
Для взрывоопасных технологических объектов системы контроля, управления и ПАЗ должны проходить комплексное опробование
по специальным программам. Серийно выпускаемые приборы проходят специальную отбраковку по результатам стендовых испытаний на
предприятиях-изготовителях приборов (соответствующей отметкой в
паспортах).
На все поставляемые технические средства в документации
должен быть указан назначенный срок службы, или назначенный ресурс. Средний срок службы системы в целом не менее 10 лет с учетом
проведения восстановительных работ.
Требования безопасности
Потенциальная опасность технологического процесса в широком смысле заложена в целом в самом производстве. Технологические
процессы данного производства характеризуются применением токсичных, пожара и взрывоопасных продуктов, что в совокупности
предъявляет жесткие требования к АСУТП.
В связи с этим используемые в составе АСУТП технические
средства, устанавливаемые непосредственно на технологических установках, по защищенности от воздействия окружающей среды должны
иметь взрывозащищённое исполнение, соответствующее категории
взрывоопасное™ технологического объекта и применяемым на производстве продуктам.
- 22 -
Остальные технические средства, устанавливаемые в помещениях управления нормального исполнения. Для технологических процессов, которые требуют обеспечения взрывозащиты объекта автоматизации, все каналы ввода-вывода должны быть оснащены взрывозащитой типа «искробезопасная электрическая цепь».
РСУ и система ПАЗ должны разрабатываться с учётом требований безопасности, определённых ПБ09-540-03 «Общие правила
взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств», а также специфических требований промышленной безопасности предприятия.
В частности, согласно ПБ09-540-03, пункт 6.9.2, запрещается
ведение технологических процессов и работа оборудования с неисправными или отключенными системами контроля, управления и ПАЗ.
Согласно пункту 6.10.3 тех же правил, при снятии средств контроля,
управления и ПАЗ, связи и оповещения для ремонта, наладки или поверки, должна производиться немедленная замена снятых средств
на идентичные по всем параметрам. Соответственно, АСУТП должна иметь программные и технические средства регистрации и безаварийной обработки этих ситуаций.
Технические средства АСУТП должны соответствовать требованиям «Правил устройства электроустановок». Все внешние элементы технических средств АСУТП, находящиеся под напряжением,
должны иметь защиту от случайного прикосновения человека, а сами
технические средства иметь защитное заземление в соответствии с
требованиями «Правил устройства электроустановок и ГОСТ
12.1.030 ССБТ «Защитное заземление, зануление».
В помещениях управления должны быть предусмотрены автономные контуры заземления, несвязанные гальванически с контурами
заземления каких-либо других производственных помещений, а также
с нейтралью трех фазной сети.
Сопротивление заземляющего устройства между корпусом любой части оборудования системы и землей (грунтом) не должно превышать 4 Ом в любое время года. В общем случае должны быть предусмотрены два контура заземления для оборудования РСУ и ПАЗ.
Контур защитного заземления с сопротивлением не более 4 Ом.
При наличии скоро безопасных цепей с пассивными барьерами
Зенера-контур «чистого» заземления с сопротивлением не более 1 Ом.
- 23 -
Технические средства должны быть установлены так, чтобы
обеспечивалась безопасность при их монтаже, наладке, эксплуатации,
техническом обслуживании и ремонте.
На применение трубопроводной арматуры, средств защиты, а
так же средств измерения, связи и автоматизации, изготовляемых на
территории России, должны быть представлены разрешения на применение Ростехнадзора или его территориальных органов. Для ввозимых
из зарубежа разрешение Ростехнадзора на их применение.
Также должны быть представлены разрешения Ростехнадзор на
применение средств защиты оборудования (предохранительные клапаны, мембранные предохранительные устройства), а также всех элементов, задействованных в системах противоаварийной автоматической защиты.
Комфортные условия работы персонала должны соответствовать действующим санитарным нормам по СанПи Н2.2.2/2.4.1340-03
«Гигиенические требования к персональным электронным вычислительным машинам и организации работы Санитарноэпидемиологические правила и нормативы».
Уровни шума и звуковой мощности в местах расположения
персонала не должны превышать значений, установленных ГОСТ
12.1.003ССБТ «Шум. Общие требования безопасности», и санитар-
ными нормами. При этом должны быть учтены уровни шумов и звуковой мощности, создаваемые всеми источниками.
Требования безопасности при монтаже, наладке, эксплуатации,
обслуживании и ремонте технических средств системы должны быть
приведены в документации на технические средства.
Общие требования по технике безопасности при эксплуатации
АСУТП должны устанавливаться специальным разделом инструкции
по эксплуатации системы.
Требования по эргономике и технической эстетике
Взаимодействие человека с системой осуществляется через рабочее место технолога-оператора, оборудованное операторской станцией, в состав которой входят цветные графические терминалы, алфавитно-цифровая и функциональная клавиатура, и печатающие устройства. Общие эргономические требования, регламентирующие организацию рабочего места, взаимное расположение средств связи в пределах рабочего места – по СанПи Н2.2.2/2.4.1340-03.
- 24 -
Станции технолога-оператора должны быть оснащены функциональной клавиатурой, обеспечивающей возможность прямого выбора необходимого фрагмента информации путем однократного прикосновения к элементу клавиатуры с надписью на русском языке.
Отображение информации на экранах дисплеев должно обеспечивать получение для каждой зоны контроля и управления полной
характеристики текущего состояния, архивных данных технологического процесса и оборудования в виде, наиболее удобном для восприятия в конкретной ситуации.
Размеры экрана должны быть не менее 21 дюйма по диагонали.
Фрагменты изображения не должны быть перенасыщены информацией
и разнообразием цветовой гаммы.
Предупредительная и предаварийная сигнализация должна сопровождаться мерцанием и изменением цвета цифровых значений переменных на экране дисплея, а также звуковой сигнализацией, квитируемой технологическим персоналом.
Уровни освещённости рабочих мест персонала должны соответствовать характеру и условиям труда. Должна быть предусмотрена
защита от слепящего действия света и отражения (бликов).
Компоновка технических средств системы должна быть рациональной как с точки зрения монтажных связей между ними, так и
удобства их эксплуатации обслуживания.
Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию,
ремонту и хранению
Функционирование системы должно быть рассчитано на круглосуточный режим работы, с остановкой на профилактику не чаще чем
1 раз в год в период капитального ремонта.
Виды, периодичность и регламент обслуживания технических
средств должны быть указаны в соответствующих инструкциях по
эксплуатации.
Основные технические средства РСУ и ПАЗ будут размещаться
в помещениях управления. Помещения, в которых должны располагаться данные технические средства, должны отвечать требованиям
инструкций по проектированию зданий и помещений для ЭВМ.
В соответствии с ГОСТ 21552-84 «Средства вычислительной
техники. Общие технические требования, правила приемки, методы
испытаний, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение» и
ГОСТ 12.1.005-88ССБТ «06щие санитарно гигиенические требования
- 25 -
к воздуху рабочей зоны», для нормального функционирования вычислительной техники в этих помещениях должны быть обеспечены следующие условия:
- температура окружающего воздуха (20±5) °С;
- относительная влажность окружающего воздуха (60±15)%;
- атмосферное давление от 84 до 107 кПа (680-800 мм.рт.ст.);
- запыленность воздуха в помещении не более 1 мг/куб.м при
размере частиц не более 3 Мкм;
- напряженность внешнего электрического поля должна быт не
более 0.3 V/m;
- напряженность внешнего магнитного поля должна быть не
более 5.0 А/м;
- частота вибрации должна быть не более 25 Гц при амплитуде
смещений не более 0.1 мм.
В воздухе помещений не должно быть агрессивных веществ,
вызывающих коррозию. Необходимо обеспечить контроль температуры, относительной влажности и атмосферного давления в помещениях
постоянного пребывания оперативного и обслуживающего персонала.
Вводы переменного напряжения должны осуществляться через
фильтры по давления помех. Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и
±10% от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ
21128 (номинальное напряжение).
Действующее значение напряжения 220V±5% (предельно
±10%), частота 50±0,2 Гц (предельно ±0,4 Гц), коэффициент не синусоидальности нормально до 8% и предельно до 12% (ГОСТ13109-97).
Оборудование системы должно быть обеспечено комплектом
ЗИП на весь гарантийный срок. В течение всего срока службы системы
комплект ЗИП должен пополняться в соответствии с условиями договора на сервисное обслуживание.
Требования к защите информации от несанкционированного доступа
Защита информации вычислительного процесса является исключительно важным элементом сохранения работоспособности системы. Система должна автоматически вести журнал учета пользователей, записи которого должны содержать полную информацию о работе
и действиях пользователей системы. Эти данные должны быть защи-
- 26 -
щены от возможного вмешательства и изменения после их регистрации. Функция защиты информации и межсетевые интерфейсы должны
обеспечить контроль и управление доступом к системе. Эти функции
должны быть включены в набор системных средств управления и контроля, включая функции обеспечения межсетевого взаимодействия.
Возможности по обеспечению защиты информации в системе
должны включать, как минимум, следующее:
• Должна использоваться концепция работы с системой толь-
ко зарегистрированных пользователей, исключающая возможность
несанкционированного доступа;
• каждый пользователь (оператор или прикладная программа
с использованием межсетевого интерфейса) получает доступ в Систему только с использованием пароля.
Для индивидуальных пользователей должны быть установлены
различные уровни доступа, контролируемые системой.
Каждый пользователь должен иметь собственный набор разрешенных действий для просмотра или изменения данных и информационно-управляющих функций.
К ним относятся, в частности, следующие виды защиты и ограничений доступа к данным и функциям системы:
- обеспечение защиты информации в процессе работы;
- ограничение доступа для технолога-оператора;
- ограничение возможностей изменения или модификации дан-
ных технологом-оператором;
- ограничение доступа к выполнению инженерных функций;
- ограничения на добавление, удаление, изменение, модифика-
цию данных;
- протоколирование событий сначала и до завершения работы
технолога-оператора с системой, и их распечатка независимо от успешности выполнения этих операций.
Требования по сохранности информации при авариях
Временный отказ технических средств или потеря электропитания не должны приводить к разрушению накопленной или усредненной в информации и к потере текущих выходов на регулирующие
органы.
Требования к средствам защиты от внешних воздействий
Технические средства системы должны быть устойчивы к воздействиям температуры и влажности окружающего воздуха по группе
- 27 -
В1 ГОСТ 12977-84 «Изделия ГСП. Общие технические условия», таблица 1 «Температура и влажность окружающей среды. Места размещения при эксплуатации», и к воздействию механических факторов
по группе L2 ГОСТ 12977-84, таблица 3 «Места размещения, защищенные от существенных вибраций», а для вычислительной техники
по группе 3 ГОСТ 21552-84 «Средства вычислительной техники. Общие технические требования, правила приемки, методы испытаний,
маркировка, упаковка, транспортирование и хранение».
Группа 3 ГОСТ 21552-84 ограничивает изменение климатических условий следующим диапазоном:
- температура окружающего воздуха от +5 до +40°С;
- относительная влажность окружающего воздуха от 40 до 90%
при температуре +30°С;
- атмосферное давление от 84 до 107 кПа( 680-800 мм.рт.ст.).
Для устойчивой связи с объектом, располагаемых непосредственно у технологических аппаратов, должны быть обеспечены условия
взрывопожаробезопасности. Должна предусматриваться защита технических средств от внешних электрических и магнитных полей, а
также помех по цепям питания. Для этих целей в системе должны
применяться специальные аппаратные и схемные решения:
- гальваническая развязка технических средств от технологиче-
ского оборудования;
- информация от двух позиционных датчиков должна прохо-
дить через узлы защиты от «дребезга» контактов и узлы защиты от перенапряжений;
- применение экранированных пар для передачи электрических
сигналов;
- фильтрация помех по цепям питания;
- гальваническая развязка между территориально-
распределёнными техническими средствами;
- применение микропроцессорной элементной базы с повы-
шенной помехозащищенностью.
Требования к патентной чистоте
Разрабатываемая система не предназначается на экспорт, поэтому ограничения по патентной чистоте не накладываются. Однако
заказчику необходимо помнить, что в настоящее время авторские права фирм изготовителей оборудования и разработчиков программного
обеспечения охраняются не только международным, но и российским
- 28 -
законодательством. Поэтому и оборудование, и программное обеспечение системы, как целиком, так и в какой-либо её части, может применяться только для целевого использования, определенного договора
с генподрядчиком, поставщиком оборудования или разработчиком
системы и не может быть передано третьей стороне без письменного
разрешения генподрядчика, поставщика оборудования или разработчика программного обеспечения.
Требования к стандартизации и унификации
Разрабатываемая система должна быть универсальной, обеспечивать возможность её использования на широком классе объектов
управления и соответствовать достигнутому мировому уровню в области создания АСУТП по функциональному развитию, удобству эксплуатации и обслуживания.
Ввиду полного служебного несоответствия отечественного
ГОСТ 21.404-85 «Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах» современным требованиям, при кодировке позиций
КИП и А, а также при разработке функциональных схем автоматизации и соответствующих им мнемосхем следует придерживаться общепризнанных зарубежных стандартов, прежде всего ANSI/ISA-S5.1-
1984 «Instrumentation Symbolsand Identification».
1.4. РСУ. Функции. Общие требования
Распределённая система управления (англ. Distributed
Control System, DCS) – система управления технологическим процессом, характеризующаяся построением распределённой системы вводавывода и децентрализацией обработки данных.
РСУ применяются для управления непрерывными и гибридными технологическими процессами (хотя, строго говоря, сфера применения РСУ только этим не ограничена). К непрерывным процессам
можно отнести те, которые должны проходить днями и ночами, месяцами и даже годами, при этом остановка процесса, даже на кратковременный период, может привести к порче изготавливаемой продукции,
поломке технологического оборудования и даже несчастным случаям.
Классическим примером непрерывного процесса является изготовление стекла в стекловаренной печи.
Сферы применения РСУ многочисленны:
• Химия и нефтехимия.
• Нефтепереработка и нефтедобыча.
- 29 -
• Стекольная промышленность.
• Пищевая промышленность: молочная, сахарная, пивная.
• Газодобыча и газопереработка.
• Металлургия.
• Энергоснабжение и т.д.
Функции:
- сбор, хранение и анализ данных технологического процесса;
- безопасное ведение технологических процессов;
- решение задач оптимального управления;
- устойчивость процессов регулирования и оптимизации;
- управление периодическими процессами;
- взаимодействие с подсистемами верхнего и нижнего уровня
практически по любым промышленным стандартным протоколам.
РСУ должна обеспечивать:
- автоматизированный сбор и первичную обработку технологи-
ческой информации;
- контроль состояния технологического процесса, сигнализа-
цию при выходе технологических показателей за установленные границы;
- автоматизированное управление технологическим процессом;
- представление информации на операторских станциях в виде
графиков, мнемосхем, гистограмм, таблиц и т.п.;
- автоматическую обработку, регистрацию и хранение текущей
информации, вычисление усредненных, интегральных и удельных показателей;
- формирование отчетов и рабочих (режимных) листов по ут-
вержденной форме за определённый период времени и вывод их на
печать по расписанию и по требованию;
- получение данных ПАЗ и регистрацию ее срабатывания;
- передачу данных в общезаводскую сеть;
- защиту баз данных и программного обеспечения от несанк-
ционированного доступа;
- диагностику и выдачу сообщений по отказам всех элементов
комплекса технических средств, с точностью до модуля.
Сигнализация состояния технологического процесса
На станциях технолога-оператора должна быть предусмотрена
сигнализация нарушений предупредительных и предаварийных уставок, выражаемая звуком и изменением цвета. Предупредительная и
предаварийная сигнализация параметров, определяющих взрывоопас-
- 30 -