Материал: Автоматизация производственного процесса получения серы на установках доочистки отходящих газов У-07,08 Оренбургского ГПЗ

АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ должна иметь двухуровневую, территориально сосредоточенную, иерархическую структуру управления технологическими процессами:

а) верхний уровень АСУ ТП - уровень оперативного персонала (операторов-технологов);

б) нижний уровень системы - уровень систем автоматизированного управления (САУ) установкой.

Верхний уровень системы (уровень операторов-технологов).

На уровне операторов-технологов с использованием программно-технических средств системы должны осуществляться:

а) оперативный контроль за текущим состоянием и режимами работы технологического оборудования У07-08 Оренбургского ГПЗ;

б) изменение режимов его работы (при необходимости);

в) выдача уставок по управлению технологическими параметрами;

г) дистанционное управление исполнительными механизмами;

д) защита оборудования при нарушениях технологических режимов и возникновении аварийных ситуаций;

е) обмен информацией с нижним уровнем системы.

Функции управления на верхнем уровне системы должны выполняться сменным оперативно-производственным персоналом (ОПС) в автоматизированном и автоматическом режимах реального времени.

Реализация функций верхнего уровня АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ должна осуществляться с автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора-технолога, оборудованного операторской (рабочей) станцией. Рабочая станция оператора-технолога должна включать в свой состав:

а) системный блок;

б) графический монитор;

в) алфавитно-цифровую клавиатуру;

г) манипулятор "мышь";

д) устройство печати (принтер);

е) сетевую карту.

Для конфигурирования, настройки системы предусмотрено АРМ системного инженера (администратора системы) на базе ПК, обеспеченное необходимыми программными пакет.

Нижний уровень системы (уровень САУ).

Функции уровня САУ должны выполняться в автоматизированном режиме.

На уровне САУ с использованием программно-технических средств, подключенных к средствам автоматики, установленным на технологическом оборудовании, должен осуществляться автоматический контроль, регулирование и управление технологическими процессами, поддержание заданных режимов работы и аварийная защита технологического оборудования, обмен информацией с верхним уровнем системы.

Нижний уровень АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ должен строиться по организационно-технологическому принципу и состоять из системы автоматического управления технологической линией.

САУ должна включать в свой состав специальные технические средства контроля и управления (ПЛК, модули ввода/вывода, коммуникационные модули, и т.п.), устанавливаемые в помещении операторной.

1.4.2 Требования к составу АСУ ТП

АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ должна включать в свой состав две целевые подсистемы:

а) информационно-управляющую;

б) противоаварийной защиты (ПАЗ).

Информационно-управляющая система.

Информационно-управляющая система, должна включать в свои состав функциональные подсистемы, распределенные по уровням АСУ ТП У07-08 ОГПЗ.

Нижний уровень АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ (уровень САУ) должен включать в себя следующие подсистемы:

а) сбора и первичной обработка технологической информации;

б) регулирования аналоговых технологических параметров;

в) управления технологическим оборудованием;

г) обмена информацией между уровнями системы.

Подсистема сбора и первичной обработки технологической информации должна выполнять:

а) сбор сигналов с датчиков, градуировку, фильтрацию, определение достоверности сигналов по границам достоверности;

б) обнаружение отклонений технологических параметров от регламентных норм;

в) вычисление мгновенных (текущих) значений уровня продукта;

г) автоматическую диагностику состояния технических средств САУ;

д) формирование и ведение базы данных САУ.

Подсистема регулирования должна осуществлять расчет и выдачу управляющих воздействий на регулирующие органы исполнительных механизмов (регулирующие клапаны, клапаны-отсекатели).

Подсистема управления технологическим оборудованием должна осуществлять отработку команд дистанционного управления (выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы в соответствии с командами, принятыми с верхнего уровня и выданными алгоритмами управления).

Подсистема обмена информацией должна осуществлять связь с верхним уровнем АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ (передача технологической информации, прием команд).

Верхний уровень АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ (уровень оператора-технолога) должен включать в себя следующие подсистемы:

а) сбора и контроля технологической информации от КТС САУ;

б) отображения технологической информации;

в) формирования отчетных документов;

г) расчета технологических параметров;

д) управления технологическим оборудованием;

е) организации диалога "Пользователь - АСУ ТП";

ж) защиты информации от несанкционированного доступа;

з) обмена информацией с уровнем САУ.

Подсистема сбора и контроля технологической информации должна осуществлять:

а) сбор и контроль технологической информации от технических средств САУ;

б) сигнализацию об отклонениях технологических параметров от регламентных норм;

в) формирование и ведение базы данных АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ;

г) автоматическую диагностику состояния технических средств верхнего уровня системы и связи с САУ.

Подсистема отображения технологической информации должна выполнять следующие функции:

а) формирование и отображение видеокадров (мнемосхем, графиков);

б) формирование и отображение сводок и режимных листов;

в) формирование и отображение протокола событий.

Подсистема формирования отчетных документов должна осуществлять формирование и выдачу выходных документов и протоколов событий, в том числе, протоколирование действий оперативного персонала. При этом подсистема осуществляет:

а) формирование сообщений об изменениях, как технологических параметров объекта, так и параметров системы управления;

б) запись сообщений в протоколе с указанием даты и времени;

в) удаление из протокола устаревших сообщений;

г) поиск в протоколе и выдачу требуемых сообщений.

Подсистема защиты информации от несанкционированного доступа должна:

а) регистрировать персонал по индивидуальному коду;

б) ограничивать доступ согласно заданным правилам;

в) запрещать выдачу информации на рабочую станцию и прием команд с рабочей станции персонала без регистрации.

Подсистема расчета технологических параметров должна выполнять:

а) вычисление суммарных (интегральных) и средних значений контролируемых параметров;

б) контроль временных характеристик оборудования;

в) расчет оперативных материальных балансов.

Подсистема управления технологическим оборудованием должна выполнять:

а) формирование и выдачу команд дистанционного управления;

б) контроль выполнения команд управления;

в) выдачу и контроль за уставками.

Входящая в состав программно-технических средств подсистема организации диалога «Пользователь - АСУ ТП» должна обеспечивать выполнение операций и отображение информации. Подсистема обмена информацией должна обеспечивать связь с нижним уровнем системы (прием технологической информации с нижнего уровня, передача команд управления на нижний уровень).

Для взаимодействия между оператором и САУ должны использоваться специализированные средства и способы обмена данными, предназначенные для использования в системах управления технологическими процессами.

Противоаварийная защита.

Подсистема противоаварийной защиты предназначена для защиты оборудования установки при возникновении аварийных ситуаций и выполняет аварийный останов установки.

Подсистема ПАЗ в составе АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ должна обеспечивать автоматический или автоматизированный (в случаях, когда требуется принятие решений или выполнение действий со стороны оперативного персонала) перевод технологического оборудования в безопасное состояние при возникновении аварийных ситуаций (пожар, загазованность, выход за аварийные пределы технологических параметров), которые могут привести к выходу из строя технологического оборудования, загрязнению окружающей среды, а также угрожать здоровью и жизни людей.

При разработке подсистемы ПАЗ должны учитываться требования документов “Основные положения по автоматизации, телемеханизации и информационно-управляющим системам газоперерабатывающих производств” и ПБ 08-389-00 «Правила безопасности для газоперерабатывающих заводов и производств».

На нижнем уровне АСУ ТП У07-08 Оренбургского ГПЗ (уровень САУ) подсистема ПАЗ обеспечивает распознавание аварийной ситуации и автоматическую отработку алгоритмов аварийной защиты по каждому объекту, формирование и выдачу световой, звуковой сигнализации, а на верхнем уровне - соответствующих сообщений и рекомендаций оперативному персоналу.

Критерии определения аварийных ситуаций и последовательность действий подсистемы ПАЗ должны строго соответствовать алгоритмам автоматических защит и блокировок.

Обмен информацией между информационно-управляющей подсистемой и подсистемой ПАЗ должен быть организован таким образом, чтобы не было вмешательства извне в работу алгоритмов ПАЗ. При этом должен соблюдаться установленный приоритет выполнения функций; высшим приоритетом должны обладать функции ПАЗ.

2. Расчетная часть

2.1 Выбор ПТК

2.1.1 ПЛК и сопутствующие технологии автоматизации

Из всех используемых в настоящее время классов ПЛК (программируемых логических контроллеров) нас интересует контроллеры, выполненные в виде автономных модулей, реализующих функции контроля и управления изолированными технологическими узлами. В контроллер встраивается или подключается к нему специальная панель интерфейса с оператором, состоящая из алфавитно-цифрового дисплея и набора функциональных клавиш.

В этом классе следует выделить специальный тип локальных контроллеров, предназначенных для систем противоаварийной защиты (ПАЗ). Устройства отличаются особенно высокой надежностью (IEC 61511), быстродействием и иметь специальный сертификат (например, соответствие уровням Safety Integrity Level, SIL стандарта IEC 61508), подтверждающий их высокую надежность и живучесть. В них предусматриваются различные варианты полной текущей диагностики неисправностей с глубиной до отдельной платы; защитные коды, резервирование, как отдельных компонентов, так и всего устройства в целом.

Также среди локальных контроллеров можно выделить две группы: не PC-совместимые (закрытые) и PC-совместимые (открытые) контроллеры.

Контроллеры первой группы, как правило, базируются на специально разработанных процессорах (например, CPU 214 в Siemens SIMATIC S7-200). Важной особенностью контроллеров этой группы является жесткая привязка к программному обеспечению (ПО) фирмы-производителя.

Этот тип контроллеров, как правило, поставляется известными, крупными производителями средств промышленной автоматизации (Siemens, Allen-Bradley, Omron, Schneider). С другой стороны они гарантировано обеспечивают высокую надежность, стабильность и отлаженность программного обеспечение, контроллеров и модулей расширения.

Ко второй группе принадлежат контроллеры, построенные на базе Intel-совместимых процессоров (80386EX, AMD80188-40, AMD DX5-133). Кроме стандартных для PLC функций эти контроллеры обладают большими возможностями. Так, например, на них можно возложить функции работы с сетями, интерфейса человек-машина, поддержку различных баз данных и более дружественного интерфейса пользователя.

Также в силу PC-совместимости этих контроллеров предоставляется более широкий выбор средств программирования: стандартные языки программирования (Asm, C, C++), специальные средства разработки (средства разработки, базирующиеся на стандарте IEC 61131(МЭК 61131)).

Сетевые ПТК или распределенные системы управления (Distributed Control Systems) наиболее широко применяются для управления производственными процессами во всех отраслях промышленности. Минимальный состав данного класса ПТК подразумевает наличие следующих компонентов:

- набор контроллеров;

-   несколько дисплейных рабочих станций операторов;

-   системную (промышленную) сеть, соединяющую контроллеры между собою и контроллеры с рабочими станциями.

Контроллеры каждого сетевого комплекса, как правило, имеют ряд модификаций, отличающихся друг от друга быстродействием, объемом памяти, возможностями по резервированию, способностью работать в разных условиях окружающей среды, числом каналов входа/выхода. Так что можно подобрать контроллер для каждого узла автоматизируемого агрегата с учетом особенностей и выполняемых функций последнего и использовать один и тот же комплекс для управления разными производственными объектами.