Применение распределенных АСУТП

Техническое обеспечение распределенных АСУТП

Общая характеристика аппаратурной основы АСУТП. Основная конструктивная единица аппаратурного комплекса – станция, которую можно установить в том или ином месте на объекте управления или на операторском пункте и подключить к локальной сети.

Локальные технологические станции (ЛТС)являются средством нижнего уровня управления технологическим процессом и служат для автономного управления некоторым его участком. Вместе с тем, подключение станции к общей сети передачи данных позволяет передавать информацию на центральный пункт управления, групповые операторские и координирующие станции и получать от них задания. Программные модули, хранящиеся в постоянной памяти ЛТС, обеспечивают ПИД-регулирование, каскадное соединение контуров, ввод управления по возмущению, реализуют логическое управление.

Операторские станции (ОПС)выполняют функции связи между оператором и объектом, а также оператором и средствами АСУТП. В составе автоматизированного места оператора-технолога функционируют подсистемы отображения информации, автоматического контроля и сигнализации, связи оператора с технологическим процессом и системой.

Подсистема отображения реализует информационную модель управляемого объекта в виде последовательности кадров вызываемых на экране цветных графических терминалов. Каждый кадр представляет собой мнемосхему участка технологического процесса с текущими значениями соответствующих переменных, набор графиков изменения этих переменных во времени или гистограмм распределения нарушений для границ различного уровня.

Идеология построения систем отображения информации в настоящее время предусматривает два основных принципа их реализации: представление информации по мере возникновения каких-либо нарушений или по требованию оператора; безусловное предоставление основной информации о ходе технологического процесса и ее последующей детализации при возникновении нарушений, либо по желанию оператора.

Примером осуществления первого принципа являются системы американских фирм Taylor МОД – 300, Honeywell ТДС – 3000. Конфигурирование этих систем основано на понятиях ''зона контроля'', ''группа элементов'' и ''динамический элемент''. Обеспечена возможность изменения задания регуляторам при их вызове, осуществляемом подведением курсора к значению соответствующей переменной.

Второй принцип организации систем отображения информации является более последовательным в идеологическом плане. Он базируется на четком разделении смыслового содержания отображаемой информации и способов ее отображения. Состав информации на выводимых кадрах выбирается из условия мак­симальной информативности в каждой конкретной ситуации, а формы ее отображения обеспечивают наилучшую психологическую восприимчивость для оператора.

Любые действия оператора начинаются с вызова требуемого ему информационного кадра. Запросы на выводы кадров могут быть организованы различными способами:

- прямым вызовом по имени (имеется подсказка – меню) или нажатием соответствующей этому кадру клавиши на алфавитно-цифровой или функциональной клавиатурах;

- подведением курсора в определенное место мнемосхемы (обзорного кадра) или движением ''окна'' по мнемосхеме (детализация участков мнемосхемы);

- перелистыванием в прямом и обратном направлениях.

Регуляторы отображаются в привычном для операторов виде стилизованных шкал, а величина задания изменяется с помощью клавиш увеличения или уменьшения. Совпадение текущих значений регулируемой переменной и задания отображается на шкале с учетом точности измерений.

Управление дискретными элементами (насосами, компрессорами, задвижками, отсечными клапанами), требующее незамедлительных действий оператора в определенных ситуациях, организовано на базе функциональных клавиатур, что значительно снижает время его реакции при возникновении нарушений.

Средствами конфигурирования системы могут быть специализированные языки описания системы, заполнения таблиц, ответы на вопросы меню. Выполняется конфигурирование либо с рабочей консоли оператора, либо с помощью специализированной или персональной ЭВМ, подключен­ной к системе. Надежность и живучесть функций рабочего места оператора-технолога обеспечивается введением резервной станции с организацией для нее доступа к информации по всем имеющимся зонам контроля.

С расширением функций АСУТП все большее значение приобретает повышение надежности технических средств.Это повышение достигается как путем использования отказоустойчивых (резервированных) средств, так и путем восстановления (иногда автоматического) работоспособности технических средств и программного обеспечения.

Микропроцессорные автоматические устройства и системы. Внедрение микропроцессоров в самые различные устройства автоматики позволило интеллектуализировать большинство устройств, составляющих аппаратурную основу распределенных АСУТП. Вместо одной управляющей ЭВМ появилась возможность применять несколько процессоров, распределяя между ними прикладные функции и размещая их на различных участках технологического процесса там, где это выгодно. Возможность обработки данных в местеих возникновения и использования их без передачи в центральную ЭВМ, является одним из факторов повышения надежности АСУТП.

Главные преимущества распределенных АСУТП – повышение надежности и снижение стоимости линий связи, обусловлены широким применением микропроцессорных комплектов (мпк) различной структуры. Они используются для построения типовых средств управления, таких как программируемые контроллеры (ПК), основной функцией которых является формирование команд управления производственным агрегатом или технологическим процессом; таких как микро-ЭВМ, предназначенных для выполнения информационно-управляющих функций и решения специальных задач; а также микропроцессорных систем, структура которых максимально соответствует алгоритму функционирования сложной системы. В приборах для измерения электрических и неэлектрических величин встроенные микропроцессоры выполняют контроллерные, вычислительные и сервисные функции, позволяющие улучшить технические характеристики этих приборов, придать им новые свойства.

Программируемыми микропроцессорными контроллерами (ПМК) или сокращенно микроконтроллерами называют приборы формирующие команды управляющих воздействий на производственный агрегат или процесс путем логических и арифметических операций преобразования входных сигналов. Промышленностью выпускаются логико-программные многоканальные контроллеры - Ломиконты сер. Л-110, Л-112, Л-120, Л-122, регулирующие контроллеры - Ремиконты (Р-110,Р-122, Р-130, Р-131 и др.).

Важной особенностью этих контроллеров является развитое внутреннее программное обеспечение, не требующее использования внешних программных средств - операционных систем, транслятора и т.п. Эти ПМК доступны в эксплуатации персоналу, не имеющему знаний в областипрограммирования.По замыслу разработчиков их пользователь не программирует находящееся в контроллере цифровое вычислительное устройство, а лишь описывает свою задачу с использованием так называемого технологического программирования, привычного для специалистов по автоматическому и технологическому управлению с помощью традиционных аналоговых средств. На одном приборе (Р-122, например) можно реализовать автоматическое регулирование, эквивалентное использованию 8 - 16 локальных аналоговых регуляторов. При этом габариты прибора практически не отличаются от традиционного аналогового ПИД-регулятора.

Основу микро-ЭВМ составляет микропроцессор, который совместно с дополнительными устройствами (вспомогательной памятью, периферийными устройствами, средствами связи и др.) обеспечивает решение разнообразных и относительно несложных задач. В частности, это широко распространенные задачи по управлению производственным агрегатом или технологическим процессом с помощью вычислительного комплекса небольшого быстродействия. Умеренные технические возможности микро-ЭВМ определяют низкий уровень их стоимости, компактность и обширную область применения в промышленных системах управления в качестве базовых средств построения АСУТП.

Отечественный и зарубежный опыт применения распределенных АСУТП на основе ПМК свидетельствует о непрерывном совершенствовании их технического и программного обеспечения.

Так, например, отечественные промышленные контроллеры ЭК-2000 фирмы «Эмикон» наряду с использованием на предприятиях черной металлургии стали активно применяться в АСУ предприятий нефтегазового комплекса. На базе контроллеров серии ЭК-2000 внедрены системы управления газоперекачивающими станциями на ряде магистральных газопроводов РАО «Газпром» и отечественная микропроцессорная САР давления в АО «Прикаспийско-Кавказские магистральные нефтепроводы».

Контроллеры серии ЭК-2000 в зависимости от конфигурации могут быть отнесены к контроллерам как малого (до 64 входов-выходов), так и среднего (до 320 входов-выходов) класса. Их можно легко объединить в локальную сеть на базе интерфейсов RS-232С, RS-485 и «токовая петля 20мА».

Для расширения функциональных возможностей программно-аппаратных комплексов на базе контроллеров серии ЭК-2000 разработан сетевой контроллер С-0,5А, встраиваемый в компьютеры с системной шиной ISА и осуществляющий автономное управление последовательным обменом данными на физическом и канальном уровнях. Использование интеллектуального контроллера для обмена информацией позволяет решить проблему быстродействия компьютеров и повысить надежность систем управления в целом, за счет совмещения обработки данных, управления объектами в реальном времени и управления скоростными каналами обмена информацией.

На ряде нефтеперерабатывающих заводов успешно работают в течение 5-8 лет АСУТП на ПМК зарубежных фирм. Например, на Омском НПЗ работает АСУТП первичной переработки нефти, реализованная на контроллерах МОД-30, МОД-300, барьерах искрогашения и других устройствах фирмы АВВ (США). Контроллер МОД-30 включает два контура ПИД-регулирования, три аналоговых входа и два выхода; два дискретных входа и три выхода.

В составе АСУТП установки АВТ используются 30 контроллеров МОД-30 и один контроллер МОД-300. Через шлюз, созданный на базе РС с программным пакетом In Touch Wonder ware, установка АВТ связана с единой информационной сетью верхнего уровня управления АСУП и может получать данные лабораторного аналитического контроля исходного сырья, изготавливаемых продуктов и основных материалов.

Другая АСУТП, на комплексе производства ароматики (КПА), контролирует технологический процесс по 3500 параметрам. Структура комплекса технических средств АСУТП КПА показана на рис. 4.3.

Для управления более чем 650 параметрами технологического процесса используется примерно 1500 исполнительных механизмов. Полевое оборудование системы управления представлено датчиками температуры (ТХК, ТХА), датчиками давления с тензорезисторными преобразователями ТD 1303 фирмы Тейлор (США), датчиками расхода по переменному перепаду давления с преобразователями TD 1303, датчиками уровня гидростатического типа с преобразователем ТD1303, дискретными датчиками, а также исполнительными устройствами в виде электропневматических клапанов (ЭКМ) и реле.

Рис. 4.3. Структура комплекса технических средств АСУТП КПА

блоки обеспечения ввода-вывода представлены блоками TRIO для преобразования аналоговых и дискретных сигналов датчиков в цифровой код и цифровых кодов в аналоговые сигналы для исполнительных механизмов. Блок TRIO CSA работает с аналоговыми сигналами термопар, блок TRIO DI имеет 16 дискретных входов, а блок TRIO DО - 32 дискретных выхода.

LAN – это четырехпроводное устройство связи между блоками TRIO и контроллерами. Один LAN рассчитан на 20-30 блоков TRIO. На один контроллер МОD-300 предусмотрено два устройства LAN. DCN – это высокочастотное кольцо связи с подсистемами (установками). DPSS – база данных для конфигурирования контроллера и задания его управляющих функций.

Операторские консоли 1-8 МОD-300 – это рабочие места операторов-технологов для управления технологическими процессами секций 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 по производству бензола, орто-пара-ксилолов и ароматики С₉ и С₁₀. Инженерная консоль МОD-300 служит для диагностики технического состояния и наблюдения за работой всей системы.

Глава 5. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Дата добавления: 2014-10-23