Автоматизированные системы управления техническим процессом

Размещено на http://www.allbest.ru/

190

Система и ее свойства

Система - продуманный набор связанных компонент, которые действуют вместе для достижения некоторой цели, которая владеет свойствами, отсутствующими у составных компонентов. Примеры систем: ручка (малое количество компонент), авиадиспетчерские системы (тысячи программных и аппаратных частей плюс пользователи (операторы), что принимают решение на основе информации в системе).

Системы часто являются иерархическими и включают другие подсистемы. Например, полицейская система может включать геоинформационную систему (ГИС) для определения места случаев. Характерной особенностью подсистем является то, что они могут выступать как самостоятельные системы, хотя их поведение может зависеть и от других подсистем.

Такие взаимоотношения между компонентами системы означают, что система есть больше, чем простая сумма ее частей - она имеет свойства, которые принадлежат лишь системе в целом. Такие свойства называют производными или возникающими (emergent).

Примеры производных свойств:

* надежность системы (зависит от надежности компонент системы и связей между компонентами),

* удобство использования системы (кроме ПО и аппаратуры, зависит также от операторов системы и от окружения).

Можно выделить два типа производных свойств системы:

* Функциональные свойства, которые возникают когда все части системы работают для достижения некоторой цели, например, после сборника из отдельных частей велосипед приобретает свойства средства транспортирования.

* Нефункциональные свойства, такие как надежность, производительность, безопасность и защищенность. Эти свойства относятся к поведению системы в операционном окружении и зачастую критические для успеха системы: некоторые свойства могут быть необязательными для всех пользователей, но, скажем, очень медленная или ненадежная система с большой достоверностью будет не принятая всеми пользователями.

Много параметров надежности зависят также от окружения, в котором система будет работать. Параметры окружения невозможно изменить, тяжело предусмотреть и очень сложно протестовать (пример с электрооборудованием возле вентилятора: одного прекрасного дня вентилятор может отказать и начнет гнать горячий воздух, который приведет к отказу системы).

Компьютеризированную систему любого типа можно рассматривать как комплекс программно-аппаратных средств, предназначенный для обработки информации. С этой точки зрения, используемые дальше сроки - система (С), системы управления (СУ), информационные системы (ІС), системы обработки информации (СОЇ), компьютеризированные системы управления (КСУ) - можно считать синонімами

Особливості сучасних систем

* складність опису (чимала кількість функцій, процесів, елементів даних і складні взаємозв'язки між ними

* наявність сукупності тісно взаємодіючих компонентів (підсистем), що мають свої локальні завдання і цілі функціонування,

* відсутність прямих аналогів, що обмежує можливість використання яких-небудь типових проектних рішень і прикладних систем;

* необхідність інтеграції що існують і знов розробляються підсистем;

* функціонування в неоднорідному середовищі на декількох апаратних платформах;

* роз'єднаність і різнорідність окремих груп розробників по рівню кваліфікації і традиціям використання тих або інших інструментальних засобів, що склалися;

* істотна тимчасова протяжність проекту, обумовлена, з одного боку, обмеженими можливостями колективу розробників, і, з іншого боку, масштабами організації-замовника і різною мірою готовності окремих її підрозділів до впровадження ІС.

Система і її оточення

Будь-яка система функціонує в певному оточенні, яке впливає на її функціонування і продуктивність. У загальному випадку і створення системи і її функціонування може залежати від досить глобальних сфер (рис. 3 ), деякі чинники яких можуть впливати і на ту, що реалізовується системи на будь-якому рівні.

Рисунок 3 - Взаємодія системи з узагальненими факторами зовнішнього середовища

З технічного боку будь-яка система залежить від інформації, що отримується ззовні.

Причини, по яких необхідно враховувати оточення системи при їх розробці:

* У багатьох випадках система призначена якраз для реагування на зміну параметрів оточення (наприклад, система опалювання або кондиціонування)

* Часто функціонування системи може залежати від параметрів оточення самим непередбачуваним чином (наприклад, грозовий розряд індукує гігантські струми в електричних ланцюгах, що може "спалити" телевізор або комп'ютер).

Окрім фізичного оточення існує також організаційне оточення, яке може бути мати критичне значення для системи. Наприклад, якщо при впровадженні системи на підприємство персонал втратить в заробітку або знизиться необхідний рівень професіоналізму (можна буде звільнити професіоналів і найняти низькокваліфікований персонал), система може бути прийнята в багнети аж до саботажу. На жаль, ці чинники дуже складно передбачити.

У ідеалі, всі відомості про системне оточення слід включити в специфікацію, але це абсолютно неможливо в реальному житті. В процесі формалізації вимог до системи і на етапі проектування система розглядається як сукупність компонентів і зв'язків між ними. Архітектуру системи зазвичай представляють у вигляді блок-схеми наступного вигляду:

Рисунок 5 - Розбиття системи на функціональні блоки

На цьому рівні деталізації система розбивається на підсистеми, кожну з яких, у свою чергу, можна далі декомпозувати. Підсистема зазвичай виконує декілька функцій.Процес створення систем В загальному випадку процес створення систем показаний на рисунку 6.

Рисунок 6 - Схема процесу створення і супроводження системи

Основні відмінності між процесом створення систем і процесом розробки ПО наступних:

* Залучення до процесу розробки систем різних інженерних дисциплін. Може привести до значної складності в розробці систем, оскільки в кожної дисципліни своя термінологія (можна спостерігати вже навіть на суто програмних системах -- наприклад з розробкою ігор. А що відбувається в апаратно-програмних системах!)

* Невеликий масштаб повторних робіт. Після того, як прийняті основні рішення, внесення змін до системи може бути украй дорогим, а перепроектування може бути взагалі неможливим. Це є одній з причин широкого використання ПО (яке має необхідну гнучкість) в розробці систем.

Проектування систем

Проектування системи полягає у визначенні системних компонент на основі функціональних вимог. Процес проектування складається з наступних етапів:

Рисунок 7 - Етапи процесу проектування

* Розбиття вимог на підгрупи. Можливе різне розбиття, залишаються найбільш вдалі.

* Визначення підсистем. Визначаються підсистеми, що реалізовують системні вимоги.

* Розподіл вимог по підсистемах. Ця операція в ідеалі має бути виконана на попередньому етапі, але на практиці не завжди перші два етапи чітко узгоджуються.

* Специфікація функціональних характеристик підсистем. Визначаються функціональні характеристики кожної підсистеми. Якщо ця підсистема програмна, то цей етап вдаватиме із себе специфікацію підсистеми.

* Специфікація інтерфейсів підсистем. Визначається набір і формат сервісів, що надаються компонентою зовнішньому світу (і зокрема, іншим компонентам).

Розробка підсистем

На цьому етапі реалізуються підсистеми, визначені на етапі проектування. Для кожної підсистеми це повноцінна розробка (наприклад, якщо це програмна система, то відбуваються процеси формалізації вимог, проектування, кодування, відладки і так далі).

Збірка системи

Збірка є інтеграцією підсистем в єдину закінчену систему. Збірку можна здійснювати методом "великого вибуху" (об'єднання відразу всіх підсистем) і еволюційним способом. Плюсів в першому способі угледіти складно, тому переважно і частіше використовується другий спосіб. Послідовна збірка зменшує кількість помилок інтеграції, а також спрощує локалізацію таких помилок.

Інсталяція системи

При інсталяції система "занурюється" в те оточення, в якому вона повинна працювати. В процесі інсталяції складних систем можуть виникнути нетривіальні проблеми, зокрема:

* Реальне оточення не збігається з тим, для якого система проектувалася. Проблема, відома по аналогічних проблемах з інсталяцією ПО (відсутні системні функції, інше ПО і тому подібне).

* Людський чинник. Потенційні користувачі можуть відноситися вороже до впровадження системи, що може спричинити за собою дії від відмови в наданні інформації для інсталяції до саботажу.

* Співіснування із старою системою. Нова і стара системи можуть співіснувати до тих пір, поки в організації не переконаються, що нова система працює, як потрібний. Це може привести до різних конфліктів (наприклад, для ПО - використання різних версій общин /системних бібліотек).

* Фізичні проблеми. Екзотично звучить, але система може просто "не влізти" в будівлю, де планується її ін сталювати (недостатня кількість або розміри приміщень, вентиляція, каналів для кабелів і тому подібне)

Введення системи в експлуатацію

Введення системи в експлуатацію має на увазі під собою вчення персоналу, що працює з системою і зміна робочого процесу для ефективного використання цієї системи. Проблеми, які можуть з'явитися при введенні системи в експлуатацію можуть бути як проблемами сумісності при згаданому вище співіснуванні систем, так і, наприклад, проблемами відмінності інтерфейсів старої і новою систем, що породжує зростання помилок операторів.

Еволюція систем

Великі і складні системи можуть мати дуже тривалий термін життя, до перебіг якого вони удосконалюються і ускладнюються. Апаратні підсистеми замінюються на прогресивніші, ПО набуває нові функції, в нім виправляються помилки і тому подібне У зв'язку із змінами бізнесу організації, система може використовуватися іншим чином, чим передбачалося спочатку, також може мінятися оточення системи.

Виведення систем з експлуатації

Вивід з експлуатації означає витягання системи з її оточення після закінчення терміну служби. Як правило, це не робить складнощів, за винятком таких випадків, як системи з небезпечними компонентами або випадок спільного співіснування систем.

Окремі випадки - деінсталяція ПО, спадкоємство даних.

Життєвий цикл

В даний час широкого поширення набуває поняття системної інженерії (systems engineering). Найчастіше його пов'язують з розробкою програмного забезпечення (ПО), проте в ширшому сенсі -- це процес визначення, проектування, реалізації, тестування, впровадження і підтримки систем в цілому. ЖЦ є моделлю створення і використання виробу, що відображає його різні стани, починаючи з моменту виникнення необхідності в даному виробі і закінчуючи моментом його повного виходу з вживання. Детальніше етапи життєвого циклу системи і супутні ним проблеми були розглянуті вище.

До теперішнього часу найбільшого поширення набули наступні дві основні моделі ЖЦ:

* каскадна модель (70-85 р.р.);

* спіральна модель (86-90 р.р.).

Каскадна модель

Розбиття всієї розробки на етапи, причому перехід з одного етапу на наступний відбувається лише після того, як буде повністю завершена робота на поточному. Кожен етап завершується випуском повного комплекту документації, достатньої для того, щоб розробка могла бути продовжена іншою командою розробників.

Рисунок 8 - Каскадна схема ЖЦ (теоретична)

Позитивні сторони каскадної моделі ЖЦ:

* на кожному етапі формується закінчений набір проектної документації, що відповідає критеріям повноти і узгодженості;

* виконувані в логічній послідовності етапи робіт дозволяють планувати терміни завершення всіх робіт і відповідні витрати.

Недоліки

* реальний процес створення системи ніколи повністю не укладався в таку жорстку схему.

* В процесі розробки постійно виникала потреба в поверненні до попередніх етапів і уточненні або передивляється раніше прийнятих рішень.Основним недоліком каскадного підходу є істотне запізнювання із здобуттям результатів.

Рисунок 9 - Реальний процес ЖЦ за каскадною схемою

Для подолання перерахованих проблем була запропонована спіральна модель ЖЦ, що робить упор на початкові етапи ЖЦ: аналіз і проектування. На цих етапах та, що реалізовується технічних рішень перевіряється шляхом створення прототипів.

Кожен виток спіралі відповідає створенню фрагмента або версії проекту, на нім уточнюються цілі і характеристики проекту, визначається його якість і плануються роботи наступного витка спіралі. Таким чином, заглиблюються і послідовно конкретизуються деталі проекту і в результаті вибирається обґрунтований варіант, який доводиться до реалізації.

Основна проблема спірального циклу - визначення моменту переходу на наступний етап. Перехід здійснюється відповідно до плану, навіть якщо не вся запланована робота закінчена. План складається на основі статистичних даних, отриманих в попередніх проектах, і особистого досвіду розробників.

Рисунок 10 - Спіральна модель ЖЦ

Переваги спіральної моделі

* накопичення і повторне використання програмних і технічних засобів, моделей і прототипів,

* орієнтація на розвиток і модифікацію виробу в процесі його проектування,

* аналіз ризиків і витрат в процесі проектування.

Участники работ по созданию АСУТП

В работах по созданию АСУТП (ОРММ-3. п 1 4.2) принимают участие заказчик, основной исполнитель, исполнитель (соисполнитель).

Каждый заказчик или исполнитель как субъект деятельности является либо организацией (Юридическим лицом), которое характеризуется уставом, штатным расписанием, должностными инструкциями, либо физическим лицом.

Каждый заказчик или исполнитель в предпринимательской деятельности использует и эксплуатирует соответствующий имущественный комплекс - предприятие как объект деятельности.

В состав предприятия входят в общем случае земельные участки, здания, сооружения, оборудования, инвентарь, сырье, продукция.

Заказчик или исполнитель должен иметь документ, полученный в установленном порядке, на право осуществления соответствующего вида деятельности

Заказчик -- Юридическое лицо (организация или другой субъект предпринимательской деятельности), формирующее требования к АСУТП, финансирующее работы по се созданию, принимающее участие в этих работах и ответственное за внедрение и использование системы.

Основной исполнитель (разработчик) -- юридическое или физическое лицо, выполняющее все работы, либо их часть, по созданию системы и несущее ответственность за научно-технический уровень разработки и се соответствие требованиям, содержащимся в исходных материалах на создание АСУТП.

Исполнитель (соисполнитель, субподрядчик) -- физическое или юридическое лицо, участвующее в создании системы и выполняющее законченную часть (этап, стадию, вид или часть вида обеспечения) работы по созданию системы и несущее ответственность за научно-технический уровень этой части разработки и соответствие ее требованиям, содержащимся в исходных материалах на часть работы по созданию АСУТП.

Системный интегратор АСУТП -- юридическое лицо (организация), которое решает проблему создания системы в целом путем:

предложения оптимальных взаимоувязанных проектных решений;

комплексной поставки аппаратурно-программных средств;

профессиональной ответственности за гарантированную работоспособность

обучения персонала заказчика;

-- сервисного сопровождения действующей системы управления. Системный интегратор, как правило, является основным исполнителем создания АСУТП.

Системным интегратором может быть также генеральный проектировщик объекта управления или непосредственный заказчик разработки системы.

Генеральный проектировщик в случае выполнения им функций системного интегратора должен иметь в своем составе соответствующее подразделение/подразделения или иметь на субподряде исполнителя, способного быть системным интегратором.

Функции заказчика -- обеспечение финансирования и эксплуатации системы, без отвлечения своих сил на специфичную деятельность по проектированию, имея в виду, что привлечение внешней проектной силы ускоряет работы нал проектом и повышает, как правило, ее качество. Заказчик при этом постоянно занят своим главным делом -- эксплуатацией технологического объекта управления, приемкой и эксплуатацией АСУТП на производстве

Главный инженер проекта (главный конструктор, руководитель, управляющий проекта) -- физическое, должностное лицо организации -- основной исполнитель, который осуществляет организационно-техническое руководство проектными работами при создании АСУТП и авторский или технический контроль за монтажно-наладочными работами, вводом в действие и освоением системы на технологическом объекте управления.

Кроме указанных участников работ по созданию АСУТП необходимо отметить участие в создании системы генерального проектировщика технологического объекта управления.

Генеральный проектировщик объекта--юридическое лицо (организация), которое выполняет разработку комплексного проекта технологического объекта управления во всех частях проекта или отдельных его частях на всех стадиях и этапах выполнения работ, обеспечивая при этом их экономическую эффективность и конкурентоспособность, высокий технический уровень, эксплуатационные удобства и экономичную технологию производства в условиях рыночной экономики.

Генеральный проектировщик может быть также основным исполнителем АСУТП или заказчиком АСУТП.

Основной исполнитель может быть также заказчиком для соисполнителя в разработке части АСУТП.

Генеральный проектировщик выполняет или организует выполнение работ по заданиям основного исполнителя АСУТП на смежные части проекта создания АСУТП.

Задание на проектирование

Задание на проектирование должно содержать следующие данные:

наименование предприятия и задачу проекта;

основание для проектирования;

перечень производств, цехов, агрегатов, установок, охватываемых проектом систем автоматизации, с указанием для каждого особых условий при их наличии (например, класс взрыво- и пожароопасности помещений, наличие агрессивной, влажной, запыленной окружающей среды и т. д.);

стадийность проектирования;

требования к разработке вариантов технического проекта;

планируемый уровень капитальных затрат на автоматизацию и примерных затрат на научно-исследовательские работы, опытно-конструкторские работы и проектирование с указанием источников финансирования;

сроки строительства и очередности ввода в действие производственных подразделений предприятия;

наименование организаций - участников разработки проекта предприятия (объекта) и систем автоматизации: генпроектировщика, головного научно-исследовательского института по системам автоматизации, организаций-исполнителей смежных (строительной, сантехнической и пр.) частей проекта и др.;

предложения по централизации управления технологическими процессами и структуре управления объектом, по объему и уровню автоматизации;

предложения по размещению центральных и местных пунктов управления, щитов и пультов (диспетчерских, цеховых, агрегатных и др.);

особые условия проектирования.

Для выполнения проектов систем автоматизации должны представляться следующие исходные данные и материалы:

технологические схемы с характеристиками оборудования, с трубопроводными коммуникациями и указанием действительных внутренних диаметров, толщин стенок и материалов труб;

перечни контролируемых и регулируемых параметров с необходимыми требованиями и характеристиками;

чертежи производственных помещений с расположением технологического оборудования и трубопроводных коммуникаций, с указанием рекомендуемых мест расположения щитов и пультов (планы и разрезы);

чертежи технологического оборудования, на котором предусматривается установка приборов и средств автоматизации, перечень и характеристика поставляемых комплектно с оборудованием приборов, средств автоматизации и систем управления, чертежи комплектно поставляемых щитов, пультов и т. д.

строительные чертежи помещений для установки и размещения технических средств систем автоматизации;

схемы управления электродвигателями, типы пусковой аппаратуры и станций управления для использования при проектировании автоматизации;

схемы водоснабжения с указанием диаметров труб, расхода, давления и температуры воды;

схемы воздухоснабжения с указанием давления, температуры, влажности и запыленности воздуха, наличия устройств очистки и осушки воздуха;

данные, необходимые для расчета регулирующих органов, сужающих устройств и заполнения опросных листов;

требования к надежности систем автоматизации;

результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, содержащие рекомендации по проектированию систем и средств автоматизации; результаты научно-исследовательских работ должны содержать математическое описание динамических свойств объекта управления. Если эти математические зависимости неизвестны, то в задании на проектирование должны приводиться экспериментальные временные или частотные характеристики, снятые на опытных или аналогичных действующих установках, графически отражающие динамические свойства объекта по каждому из каналов управления. Для АСУ ТП в составе технического задания на проектирование должны приводиться данные предпроектных разработок, определяющих основные принципы построения АСУ ТП: иерархию АСУ, ее структуру и функции, алгоритмы и т. п.;

техническая документация по типовым проектам и проектным решениям;

дополнительные данные и материалы, которые могут потребоваться исполнителю в процессе проектирования.

Стадии проектирования и состав проектной документации

В соответствии со СНиП 1.02.01-85 проектирование систем автоматизации технологических процессов выполняют в две стадии: проект и рабочая документация или в одну стадию: рабочий проект.

В проекте разрабатывается следующая документация:

структурная схема управления и контроля (для сложных систем управления);

структурная схема комплекса технических средств (КТС);

структурные схемы комплексов средств автоматизации;

схемы автоматизации технологических процессов;

планы расположения щитов, пультов, средств вычислительной техники и т. д.;

* заявочные ведомости приборов и средств автоматизации, средств вычислительной техники, электроаппаратуры, трубопроводной арматуры, щитов и пультов, основных монтажных материалов и изделий, нестандартизированного оборудования;

технические требования на разработку нестандартизированного оборудования;

локальная смета на монтажные работы, приобретение и монтаж технических средств систем автоматизации, составленные в порядке, установленном СНиП 1.02.01-85;

пояснительная записка;

задания генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на разработки, связанные с автоматизацией объекта:

а) на обеспечение средств автоматизации электроэнергией, сжатым воздухом, гидравлической энергией, теплоносителями, хладагентами (требуемых параметров); на теплоизоляцию трубных проводок и устройств;

б) на проектирование помещений систем автоматизации (для установки щитов, пультов, средств вычислительной техники, датчиков и т. д.), а также помещений для работы оперативного персонала, кабельных сооружений (туннелей, каналов, эстакад и т. д.), проемов и закладных устройств в строительных конструкциях;

в) на обеспечение средствами производственной связи;

г) на размещение и установку на технологическом оборудовании и трубопроводах закладных устройств, первичных приборов, регулирующих и запорных органов и т. п.;

д) на устройства пожаротушения и пожарной сигнализации. Перечисленные задания к проекту не прикладываются, а передаются генпроектировщику (заказчику) в процессе проектирования для согласования и исполнения. Копии заданий хранятся в деле проекта.

На стадии рабочей документации разрабатываются:

структурная схема управления и контроля;

структурная схема комплекса технических средств;

структурные схемы комплексов средств автоматизации;

схемы автоматизации технологических процессов.

принципиальные электрические, гидравлические и пневматические схемы контроля, автоматического регулирования, управления, сигнализации и питания;

общие виды щитов и пультов;

монтажные схемы щитов и пультов или таблицы для монтажа электрических и трубных проводок в щитах и пультах, выполненные по РМЗ-182-83

схемы внешних электрических и трубных проводок;

кроссовые ведомости (таблицы подключения).

планы расположения средств автоматизации, электрических и трубных проводок;

нетиповые чертежи установки средств автоматизации;

общие виды нестандартизированного оборудования [кроме сложного оборудования, по которому в составе проекта приведены задания генпроектировщику (технические требования) на его разработку в объеме, необходимом для выполнения работ при реализации проекта;

пояснительная записка;

расчеты регулирующих дроссельных органов. В рабочей документации даются таблицы исходных данных и результаты расчетов в виде приложений к пояснительной записке.;

заказные спецификации приборов и средств автоматизации, средств вычислительной техники, электроаппаратуры, щитов и пультов, трубопроводной арматуры, кабелей и проводов, основных монтажных материалов и изделий (трубы, металлы, монтажные изделия), нестандартизированного оборудования;

перечень типовых чертежей на установку средств автоматизации (типовые чертежи к проекту не прикладываются);

уточненные задания генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на разработки, связанные с автоматизацией объекта;

при отсутствии изменений и уточнений подтверждаются задания, выданные на стадии проекта.

В состав рабочего проекта при одностадийном проектировании входят:

техническая документация, разрабатываемая в составе рабочей документации при двухстадийном проектировании;

локальная смета на оборудование и монтаж;

задания генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на работы, связанные с автоматизацией объекта.

Вид документа для отображения направления и подключения электрических и трубных проводок (схема или таблицы) принимают, исходя из следующих рекомендаций:

для трубных проводок предпочтительным документом является схема, для электрических - самостоятельные таблицы соединений и подключения;

для сложных электрических соединений (например, для АСУ ТП), кроме таблиц соединений, необходимо выполнять упрощенную схему соединений, в которой отображается структура электрических связей.

Сведения, содержащиеся в таблице соединений (марки и длины кабелей, тип и номер вводного устройства и т. п.), на схеме соединений не приводят.

Так, для щитов и пультов систем автоматизации, изготавливаемых по ОСТ 36.13-90 как продукция индивидуального изготовления, в состав документации включают:

общие виды составных и единичных щитов и пультов;

таблицы соединений и подключения единичных щитов и пультов;

спецификацию щитов и пультов.

Для комплектов технических средств операторских и диспетчерских помещений, в которые кроме щитов и пультов включаются защитовые конструкции (стойки, стативы, щиты зажимов и т. п.), а также электрические и трубные проводки (штатные кабели и трубы, несущие и опорные конструкции), в состав документации дополнительно включают:

план расположения технических средств в операторском помещении;

схемы (таблицы) соединений и подключения проводок операторского помещения;

спецификацию комплекта.

Для аппаратурных стоек общий вид может содержать только схему расположения блоков или модулей в стойке.

Чертежи конструкций и деталей, предназначенных для установки приборов и средств автоматизации, могут не разрабатываться, если эти детали приведены в типовых чертежах установки технических средств автоматизации.

Задания на выполнение работ, связанных с автоматизацией технологических процессов

Задание на размещение элементов систем автоматизации на технологическом оборудовании и трубопроводах. Задание выдается организации, проектирующей технологическую часть проекта, в качестве исходного материала для учета закладных устройств средств автоматизации (первичных приборов, регулирующих и запорных органов и т. п.), встраиваемых в технологические трубопроводы и оборудование, в проектно-сметной документации технологической части проекта.

Задание содержит:

чертеж размещения элементов систем автоматизации на технологическом оборудовании и трубопроводах, выполняемых на утвержденной технологической схеме стандартными условными обозначениями;

таблицу с перечнем устанавливаемых приборов, средств автоматизации и данными по их установке (наименование технологического оборудования или трубопровода, в который встраиваются приборы, средства автоматизации или устройства, и требования к их установке; характеристика и номера чертежей закладных устройств; номера чертежей установки приборов, средств автоматизации, отборных устройств и другие необходимые сведения);

указания:

а) о необходимости размещения закладных устройств систем автоматизации в местах, удобных для обслуживания средств автоматизации и снятия показаний приборов

б) о необходимости отражения на чертежах технологической части проекта размещения и координации закладных устройств, первичных приборов, регулирующих и запорных органов и т. д.;

в) об установке закладных устройств на технологическом оборудовании и трубопроводах организациями, изготавливающими и монтирующими это оборудование и трубопроводы.

Клапаны заслонки, задвижки и запорная арматура заказываются и устанавливаются также по проектно-сметной документации технологической части проекта.

Монтаж объемных и скоростных счетчиков, ротаметров, сужающих устройств и других приборов, устанавливаемых на технологических трубопроводах, предусматривается проектно-сметной документацией технологической части проекта и осуществляется организацией, монтирующей технологическое оборудование и трубопроводы.

При установке единичных приборов, средств автоматизации или устройств допускается выполнять задание только в виде чертежа или таблицы с указанием всех необходимых сведений.

Чертежи размещения элементов систем автоматизации допускается в задании выполнять на промежуточных чертежах компоновки оборудования и коммуникаций.

Задание на проектирование помещений систем автоматизации

Задание содержит исходные данные и требования к проектированию помещений, предусматриваемых проектом автоматизации в строительной, сантехнической и электротехнической частях проектов с учетом условий работы технических средств и особенностей деятельности оперативного персонала.

Задание в части противопожарных мероприятий содержит требования по устройству автоматического (при необходимости) или другого вида пожаротушения и пожарной сигнализации.

Строительная часть задания содержит:

схему планировки помещений с указанием назначения каждого помещения и изложением условий расположения отдельных помещений систем автоматизации в производственном здании;

планы помещений, в которых должны быть предусмотрены фундаменты или строительные конструкции для установки управляющих вычислительных машин, щитов и пультов с нанесением и координацией каналов для проемов и закладных частей;

данные о необходимых площадях, высоте помещений, размерах дверных проемов и проходов к помещениям, о монтажных проемах (при необходимости), о нагрузках на перекрытие, освещенности;

требования к строительным конструкциям по звуко- и виброизоляции, защите от влияния магнитных полей производственных электроустановок и электрооборудования (при необходимости), тепло- или гидроизоляции и др.;

рекомендации по оформлению помещений, выбору отделочных материалов с учетом назначения помещений и устанавливаемого в нем оборудования и мебели.

В сантехнической части задания указываются параметры воздушной среды, требования к отоплению, вентиляции, оговаривается необходимость выполнения (для некоторых помещений) систем кондиционирования воздуха.

В задании в части проектирования систем освещения указывается отдельно для каждого помещения требуемое значение освещенности (рабочее и аварийное), плоскости нормирования и качество освещения (отсутствие резких контрастов, бликов и т. д.), напряжение сети, расположение розеток, вид проводки (открытая, скрытая).

Задание на комплектные операторские пункты и помещения датчиков.

Комплектные операторские пункты (КОП) и комплектные помещения датчиков (КПД) должны изготавливаться на заводах легких металлоконструкций из облегченных профилей металлопроката, профилированного настила и стенных панелей с утеплителем. Задание должно содержать:

наименование и тип помещения;

место установки помещения на объекте автоматизации;

планы помещений, на которых должны быть предусмотрены опорные рамы для установки щитов, пультов и стативов с приборами с нанесением и координацией каналов, проемов и закладных частей.

Задание на проемы и закладные устройства.

Задание на проемы и закладные устройства в строительных конструкциях выдается генпроектировщику для учета указанных устройств в строительной части проекта. В задании должны быть показаны и закоординированы:

проемы для прохода электрических и трубных проводок через стены, перекрытия и другие конструкции зданий;

монтажные проемы и проходы;

ниши, штробы (борозды) и желоба;

закладные трубы для скрытых проводок;

закладные устройства для установки щитов, пультов, средств вычислительной техники, местных приборов, электрических и трубных проводок.

Задания на проемы и закладные части (устройства), предусматриваемые в помещениях систем автоматизации, включаются в состав заданий на помещения.

Задания на проемы и закладные части, предусматриваемые в производственных помещениях, выдаются в виде отдельных чертежей.

Проемы и закладные части должны иметь все необходимые размеры. Чертежи закладных устройств прилагаются к заданию.

Для оборудования и конструкций, которые по размерам, массе и расположению допускают крепление при помощи дюбелей или деталей, пристреливаемых строительно-монтажным пистолетом, закладные устройства не предусматриваются.

Задание на проектирование кабельных сооружений.

В задание включаются строительные, сантехнические, противопожарные и другие требования к кабельным сооружениям.

Строительная часть задания содержит:

* эскизы кабельных сооружений (туннелей, каналов, шахт, эстакад и т. п.), чертежи привязки кабельных сооружений;

* требования по соблюдению противопожарных норм и правил проектирования (выполнение из несгораемых материалов дверей и перегородок, отделяющих кабельные сооружения от примыкающих к ним помещений и контрольные кабели от силовых, и др.); по предотвращению попадания в кабельные сооружения технологических и почвенных вод; по перекрытию кабельных каналов съемными плитами с указанием материалов плит, по защите кабелей на эстакадах от прямых солнечных лучей. При применении типовых туннелей и каналов на чертежах объекта показывается их монтажная схема с координацией и указанием типов туннелей, каналов и углов поворота (без выполнения эскизов).

Задание на обеспечение средств автоматизации электроэнергией.

Задание содержит: чертежи с размещением потребителей электроэнергии (на планах объекта); данные по мощности, напряжению, роду тока, подводимого к каждому приемнику; требования к качеству электроэнергии (допустимые отклонения напряжения, частоты и т. д. от номинальных значений).

При необходимости в задании указываются особые требования, например, к схеме питающей сети: радиальная с одно- или двусторонним питанием, радиально-магистральная, магистральная с одно- или двусторонним питанием (от одного источника или двух независимых); к способам прокладки кабелей питания и выбору их марок.

Выбор кабелей питания, проводников магистралей заземления и их прокладка, при отсутствии особых требований в задании, предусматривается в разделе проекта "Электроснабжение и электрооборудование".

Задание на обеспечение средств автоматизации сжатым воздухом.

Задание содержит:

чертеж размещения вводных распределительных коллекторов для подвода воздуха в помещение систем автоматизации или к местным щитам;

значения параметров сжатого воздуха (давление, расход, температура, точка росы);

требования к качеству сжатого воздуха, материалу воздухопроводов, способу их прокладки и температуре окружающей среды;

* при необходимости график потребления воздуха в течение месяца, года.

Координация вводных коллекторов может уточняться на стадии рабочей документации по согласованию с исполнителем проекта снабжения сжатым воздухом.

Задание на обеспечение средств автоматизации гидравлической энергией.

Задание содержит:

* чертеж размещения вводных распределительных коллекторов;

наименование и параметры рабочей жидкости (давление, расход, температура);

указания о расположении низшей точки системы, о возможности слива отработанной жидкости;

при необходимости желательное направление прокладки питающей сети и материал трубопроводов.

Координация вводных коллекторов может уточняться на стадии рабочей документации по согласованию с исполнителем проекта энергоснабжения предприятия.

Оформление и комплектование рабочей документации

Согласно требованиям ГОСТ 21.101--93 рабочие чертежи, предназначенные для производства строительно-монтажных работ, объединяют в комплекты, именуемые основными комплектами рабочих чертежей. Каждому основному комплекту рабочих чертежей присваивают самостоятельное обозначение, в состав которого включают базовое обозначение и марку основного комплекта согласно приложению 2 ГОСТ 21.101--93. Базовое обозначение устанавливает проектная организация, являющаяся генеральным проектировщиком предприятия. В его состав может входить обозначение предприятия (завода) и здания (сооружения). Базовое обозначение является одинаковым для всех основных комплектов рабочих чертежей здания (сооружения).

Марка основного комплекта рабочих чертежей по автоматизации состоит из буквы А и марки того основного комплекта рабочих чертежей, для которого разрабатывается система автоматизации. Например, для автоматизации технологии производства (ТХ) марка основного комплекта рабочих чертежей будет АТХ, а для автоматизации систем отопления и вентиляции (ОВ) - АОВ и т. п.

Самостоятельные основные комплекты рабочих чертежей необходимо разрабатывать отдельно для различных очередей строительства пусковых комплексов, отдельных технологических линий и участков. При этом к марке основного комплекта добавляют порядковый номер, например: АТХ1, АТХ2, АТХ3, АОВ1, АОВ2 и т. п.

При незначительном объеме чертежей различных марок, по которым монтажные работы будут выполняться одной монтажной организацией одновременно, допускается их объединять в один основной комплект рабочих чертежей. Например, при незначительном объеме автоматизации санитарно-технических систем, по которым выпущены основные комплекты рабочих чертежей марок ОВ (отопление и вентиляции) и ВК (водопровод и канализация), допускается выпустить один основной комплект рабочих чертежей марки АК (автоматизация санитарно-технических систем).Согласно стандартам СПДС основной комплект рабочих чертежей - это документ, имеющий одно обозначение, а входящие в его состав схемы и планы являются листами этого документа. Каждый лист имеет свое наименование. Для систем автоматизации несложных технологических процессов и санитарно-технических систем допустимо схемы одного наименования размещать на одном листе формата А1. Для сложных систем автоматизации, особенно в тех случаях, когда вместо схем соединений и подключения внешних проводок необходимо разрабатывать таблицы, выпуск основного комплекта в виде одного документа неудобен. В этом случае рекомендуется основной комплект рабочих чертежей выпускать в виде ряда самостоятельных документов с присвоением им обозначения, состоящего из базовой марки основного комплекта и через точку - порядкового номера документа. Например, общие данные по рабочим чертежам - АТХ1.1, схема автоматизации - АТХ1.2 и т. д. Каждому документу, имеющему одно наименование, присваивают одно обозначение. Например, схема автоматизации линии анодирования - АТХ1.2, а схема автоматизации линии окраски - АТХ1.3 и т. п.

Всем документам, входящим в состав рабочей документации, как и основному комплекту рабочих чертежей, присваивают самостоятельное обозначение по приведенным выше правилам (кроме спецификации оборудования и ведомости потребности в материалах). При этом если основной комплект рабочих чертежей не выпускался в виде ряда самостоятельных документов, порядковые номера документов, начиная с единицы, устанавливают сначала чертежам конструкций и деталей, а затем технической документации комплектных технических средств автоматизации.

Для спецификаций оборудования (С1 и С2) вместо порядкового номера документа в обозначение вводят шифр документа по ГОСТ 21.110-95 и для ведомости потребности в материалах (ВМ) - по ГОСТ 21.109-80.

Каждый лист основного комплекта рабочих чертежей должен иметь основную надпись по форме 1 ГОСТ 21.103-78 .

Общие данные по рабочим чертежам выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ 21.102-79 с учетом специфики документации по автоматизации. В состав общих данных входят:

ведомость рабочих чертежей основного комплекта;

ведомость ссылочных и прилагаемых документов;

условные обозначения и изображения;

общие указания;

перечень закладных конструкций, первичных приборов и средств автоматизации, размещенных на технологическом (сантехническом и др.) оборудовании и трубопроводах;

таблица исходных данных и результатов расчета регулирующих органов;

таблица исходных данных и результатов расчета непоставляемых промышленностью сужающих устройств;

перечень видов работ, для которых необходимо составление актов освидетельствования скрытых работ согласно СНиП 3.01.01-85.

Общие замечания АСУТП

Современное промышленное предприятие не может обойтись без решения таких задач, как технико-экономическое планирование, календарное планирование и оперативное управление. При решении задач технико-экономического планирования, исходя из имеющихся ресурсов и годовых планов, должны устанавливаться плановые показатели производства на продолжительные отрезки времени (месяц, квартал). Решение задачи календарного планирования позволяет детализировать во времени и по продукции показатели технико-экономического плана, т.е. получить конкретные планы текущей работы производства. В процессе решения задачи оперативного управления реализуется управление группой агрегатов (комплексом) или всем производством с целью ликвидации возникших внешних и внутренних возмущений, т.е. осуществляется увязка первых двух задач с конкретными условиями производства.

Перечисленные задачи, как было отмечено ранее, по масштабности и важности располагаются в некоторой иерархии. На верхней ступени стоят задачи технико-экономического планирования, решаемые автоматизированными системами управления производством (АСУП), на нижней - задачи, решаемые в АСУТП. Взаимное влияние задач разных уровней очевидно. Верхний уровень определяет задание (план) и технико-экономические показатели для нижнего уровня. В свою очередь, в зависимости от состояния нижнего уровня план может корректироваться.

На основании вышесказанного можно дать следующее определение автоматизированной системы управления технологическим процессом [56]:

АСУТП - это система, которая на базе высокоэффективной вычислительной и управляющей техники обеспечивает автоматизированное (автоматическое) управление технологическим комплексом с использованием централизованно обработанной информации по заданным технологическим и технико-экономическим критериям, определяющим качественные и количественные результаты выработки продукта, и подготавливает информацию для решения организационно-экономических задач. От управляющей части системы требуется с помощью управляющих воздействий добиться оптимального или экстремального значения критерия управления в условиях неизмеряемых помех, с которыми работают промышленные установки, и с учетом ограничений, накладываемых на пределы изменения некоторых координат системы (температуры, давления, расхода топлива, качества выходного продукта и т.п.).

Характеристики большинства ТП таковы, что требуют четкого управления ими, хотя бы с точки зрения безопасности. В общем случае, необходимость управления ТП диктуется следующими факторами:

1. для обеспечения качества готового продукта состав и количество входных компонентов должны поддерживаться на заданном уровне;

2. износ орудий труда и переменный состав сырья требует непрерывного изменения (подстройки) параметров ТП;

3. пуск и остановка некоторых ТП требует выполнения специфических точно синхронизированных операций и др.

Характеристики технологического процесса как объекта контроля и управления

По своему характеру ТП может быть непрерывным, периодическим (непрерывно-дискретным) и дискретным.

Непрерывный процесс - процесс, в котором конечный продукт вырабатывается, лишь пока подводятся сырьё, энергия, катализаторы, управляющие воздействия и пр. (например, процесс нефтепереработки).

Периодический процесс - процесс, в котором в течение относительно короткого промежутка времени производится определенное, ограниченное количество конечного продукта.

Дискретный процесс - процесс изготовления и испытания деталей, узлов и готовых изделий. Конечный продукт состоит из набора компонент, качество которых нужно контролировать так, чтобы конечный продукт - результат сборки отвечал заданным стандартам (сборка телевизора, автомобиля и пр.).

В соответствии с характером производства различают АСУТП для непрерывных производств, для производств с дискретным технологическим циклом и для производств со смешанными, непрерывно-дискретными технологическими процессами.

АСУТП первого типа создаются на предприятиях химической, энергетической, нефтеперерабатывающей и ряда других отраслей промышленности с непрерывными технологическими процессами.

АСУТП второго типа внедряются на предприятиях машиностроительной, приборостроительной, радиотехнической, электротехнической и других отраслей промышленности, где производство имеет дискретный характер. К производствам непрерывно-дискретного типа относятся предприятия металлургической, цементной, пищевой и других отраслей промышленности.

При изучении ОУ вся снимаемая с объекта информация разделяется на аналоговую и дискретную в зависимости от типов используемых датчиков. По аналоговым сигналам заносится наименование переменной с указанием функции, которую эта переменная должна выполнять. Далее - единица измерения, диапазон изменения, требуемая точность контроля или управления (регулирования), период опроса указанной переменной. После выбора датчика таблицу следует дополнить уровнем и типом сигнала на его выходе. Пример заполнения информации по аналоговым сигналам показан в таблице 3.

К дискретным сигналам относятся сигналы от двухпозиционных объектов контроля, характеризуемых двумя состояниями: «Включено - выключено», «В пределах - вне пределов», сигналы прерывания от инициативных датчиков, числоимпульсные сигналы, используемые при вводе информации от счетчиков электроэнергии, интеграторов- расходомеров, дозаторов и т.п. По перечисленным сигналам обычно указывается уровень дискретного сигнала и частота следования [57].

Общая характеристика автоматизированных систем управления технологическим процессом.

Объектом управления АСУТП является технологический процесс. Под технологическим процессом как объектом управления [24] может пониматься или последовательность целенаправленных (с использованием орудий труда) действий по получению из определенных исходных материалов конечного продукта с требуемыми свойствами, или комплекс технологического оборудования, реализующего процесс с использованием соответствующих энергоносителей и поддержанием необходимых технологических режимов.

АСУТП - это система, которая при участии операторского персонала обеспечивает в реальном времени автоматизированное управление процессом изготовления (переработки) продукта по заданным технологическим и технико-экономическим критериям [24]. Такая система предусматривает участие в управлении процессом на подготовительных, вспомогательных, контрольных и других операциях человека. Таким образом, автоматическая система является предельным случаем автоматизированной информационно- управляющей системы.

Применение современных средств автоматической обработки информации в технологии позволяет решать следующие задачи:

а) вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов и полуфабрикатов, изменения в окружающей среде, ошибки операторов;

б) управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для выпускаемой номенклатуры продукции (сортамент, номинал, классы, группы точности и качества), путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т. п.);

в) реализовать статистическое управление процессами в реальном времени по экстремальному или адаптивному алгоритму;

г) осуществлять автоматическое управление процессами в условиях, вредных или опасных для человека.

АСУТП является фундаментом системы управления промышленным предприятием.

Системы управления технологическими процессами, решая самостоятельно задачу повышения эффективности отдельных производственных процессов, одновременно создают информационную и техническую базу для автоматизированной системы управления производством и предприятием в целом. Конкретные функции, которые выполняют АСУТП, зависят от характера и сложности управляемого процесса, а также от технических возможностей самой АСУТП.

Пирамида управления современным производством.

К таким функциям относятся:

а) сбор и обработка информации о состоянии технологического процесса и выпускаемых изделий;

б) контроль и индентификация процесса;

в) стабилизация и регулирование процесса;

г) логико-программное (в том числе мультипрограммное) управление;

д) поиск оптимальных решений и оптимальное (в том числе адаптивное) управление;

е) комплексное координационное управление;

ж) расчет технико-экономических показателей технологического процесса;

з) анализ и предотвращение аварийных ситуаций;

и) техническая диагностика отдельных частей и системы в целом.

К настоящему времени сформулирован ряд направлений в разработках АСУТП, и поэтому можно выделить ряд классификационных признаков АСУТП [24]:

по характеру управляемого технологического процесса;

по степени сложности управляемого процесса;

по степени охвата управляемого процесса;

...