Определение опасности

Комплекс технических средств систем реального времени

Структура СРВ, приведенная на рис. 1.11, включает четыре уровня аппаратных средств:

Управляющий вычислительный комплекс (УВК)

Устройства связи с оператором (УСОП)

    Устройства связи с объектом (УСО)

Датчики

Исполнительные механизмы

Технологический процесс

Устройства ввода информации

Устройства вывода информации

Устройства вывода/вывода информации

Рис. 1.11. КТС СРВ

– управляющий вычислительный комплекс (УВК), в который входят PLC контроллеры (Programable Logic Controllers) и SoftPLC (контроллеры с открытой архитектурой или свободно программируемые контроллеры) (уровень 2);

– устройства связи с оператором (УСОП), реализованные в виде автоматизированных рабочих мест операторов (уровень 3);

– устройства связи с объектом (УСО), в которые входят датчики и исполнительные механизмы (органы) (уровень 0), а также устройства ввода/вывода информации (УВВИ) (уровень 1).

Применяемые УВК выпускаются в виде законченных конструктивов. В отличие от средств УВК датчики и исполнительные механизмы являются конструктивными элементами технологического оборудования, связанными с УВК с помощью линии передачи в виде двух или более проводов или волоконно-оптических кабелей.

В связи с развитием микропроцессорной техники на нижнем иерархическом уровне СРВ применяются микро-УВК или микроконтроллеры, которые могут встраиваться в технологическое оборудование, для чего они имеют соответствующее конструктивное оборудование. Деление на микро-УВК и микроконтроллеры довольно условно. Под последними принято понимать специализированные на выполнение в автоматическом режиме определенные функции микро-ЭВМ. Назначение микроконтроллеров не требует использования оперативных устройств связи с оператором.

В общем случае в состав УВК входят одна или несколько ЭВМ, комплектуемых необходимым набором стандартных внешних устройств, а также различные типы устройств связи с объектом (УСО), т.е. устройств связи с датчиками и исполнительными механизмами, и устройства связи с оперативным персоналом (УСОП). УСОП и УСО часто объединяют, называя их устройствами ввода/вывода информации – УВВИ.

Методология проектирования технических средств СРВ. Повышение технико-экономических показателей АСУ ТП, таких, как качество процесса управления, надежность и живучесть, безопасность эксплуатации, ремонтопригодность, в большой степени зависит от использования технических средств АСУ ТП, поэтому представляется необходимым решение проблем проектирования комплекса технических средств АСУ ТП с единой методологической позицией системного подхода, которая означает:

– использование концепции теории систем управления;

– использование технологических объектов управления и учет особенности их эксплуатации с целью выбора ограничений при формировании типового состава функциональных задач, комплекса технических средств (КТС) и состава индивидуальных задач данного объекта автоматизации;

– организация внутренней структуры КТС на основе принципов типизации, унификации и агрегатирования;

– оптимизация системотехнических, схемных, конструктивных и программных решений для упорядочения номенклатуры КТС;

– прогнозирование, развитие функционально - алгоритмических структур АСУ ТП в процессе эксплуатации технического обеспечения.

Технические средства в АСУ ТП выполняют следующие функции:

– сбор и преобразование информации (без изменения ее содержания) о состоянии процесса (модуляция);

– передача информации по каналу связи (перемещение в пространстве);

– преобразование, хранение и обработка информации, формирование команд управления (перемещение информации во времени с изменением ее содержания);

– использование и представление командной информации для воздействия на процесс и связи с оператором АСУ ТП.

Все промышленные средства автоматизации технических процессов в соответствии с ГОСТ 12997–84 объединяют перечисленные функциональные группы, образуемые по характеру преобразований информации в системах управления.

Средства функциональных групп дополнительно классифицируются по признаку отношения к системе и образуют:

– средства на входе системы (датчики);

– средства на выходе системы (выходные преобразователи, средства вывода информации и команды управления процессом);

– внутрисистемные технические средства.

Кроме этих основных групп используют вспомогательные средства, такие, как документационная техника, оборудование для рабочих мест операторов, технологов и диспетчеров.

Многообразие групп приводит к проблеме альтернативного выбора при проектировании технического обеспечения АСУ ТП в каждом конкретном случае. При определенных структуре и алгоритмах функционирования АСУ ТП можно предположить возможность оптимального в каком-либо смысле выбора КТС для данной системы. В результате задачу проектирования технических средств для АСУТП формулируют обычно следующим образом. Из множества возможных вариантов построения КТС для конкретной АСУ ТП нужно выбрать и обосновать такой, который обеспечивает решение заданного набора функциональных задач системы автоматизации с заданным качеством при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах с учетом обеспечения возможности функционирования системы управления в условиях прогнозируемого изменения состава задач автоматизируемого технического комплекса (АТК).

Основные этапы проектирования КТС и АСУ ТП. Работу по созданию АСУТП можно разделить на два комплекса:

– проектирование структурно-алгоритмической части АСУТП, включая разработку состава и структуры информационных потоков и алгоритмов их обработки, а также общий алгоритм работы системы;

– проектирование технического обеспечения, позволяющего реализовать структуру системы с оптимизацией выбранных технико-экономических показателей этого обеспечения.

Типовой состав работ, входящих в эти комплексы определены ГОСТом 24.601-86. Комплекс работ по непосредственному созданию КТС включает два тесно связанных между собой этапа:

– этап системотехнического синтеза, в том числе обеспечение и разработка структуры, цели и функций АСУ ТП, ее функциональные схемы и информационное обеспечение;

– этап структурно-технического синтеза, в том числе разработка локальных систем автоматики, планов их размещения, технических заданий на новые средства, разработка блок-схемы и состава информационно-управленческого технического комплекса, разработка технических требований на необходимые средства вычислительной техники, систем механики, средств связи с техническим объектом управления и плавного размещения КТС.

Кроме этого в комплекс работ входят этап технического проектирования специального прикладного программного и информационного обеспечения, поскольку на этапе технического синтеза должна быть решена задача о распределении функций АСУ ТП, выполняемые аппаратным, программным или программно-аппаратным путем.

Проведенный анализ показывает, что задача проектирования аппаратно-технического комплекса СРВ сводится к решению функциональных задач структурно - параметрической оптимизации и требует формирования критерия синтеза структуры, который является многокомпонентным на заданном множестве аппаратно-технических средств. При этом доминирующими критериями, входящими в комплексный критерий синтеза, являются критерии надежности и безопасности функционирования проектируемой АСУ ТП. Анализ данных компонентов будет проведен в следующей главе.

Современные тенденции в проектировании АСУ ТП. Для типовой архитектуры АСУ ТП большинство фирм-проектантов (Siemens и Fisher-Rosemount) предлагают практически одинаковую концепцию автоматизации со следующими характерными чертами проектирования аппаратно-программных средств, а также интерфейсов взаимодействия между ними.

В традиционной схеме организации интерфейса между датчиками, исполнительными механизмами и PLC контуры управления реализуются через каналы модулей ввода-вывода PLC, сдерживающим весь процесс. Кроме того, традиционный интерфейс требует огромных затрат на монтаж, конфигурирование, диагностику, обслуживание и на саму кабельную систему. В этой связи предлагается опустить некоторый интеллект на уровень 0, заменив интерфейс типа 4 – 20 мА на промышленную сеть (в случае Siemens - Profibus PA, DP и AS -интерфейс, а в случае Fisher - Rosemount - Foundation Fieldbus). В результате вместо большого количества 2-, 3- и 4-проводных линий связи, идущих от множества датчиков и исполнительных механизмов к каналам ввода-вывода PLC, предлагается один “малопроводный” кабель, подключаемый к соответствующему интерфейсному модулю PLC или SoftPLC. Это помимо экономии на кабельной продукции позволяет легко подключать датчики и исполнительные механизмы разных производителей к данной сети, выполнять автоматическое и ручное конфигурирование, калибровку, а также диагностику оборудования.

Многочисленные датчики с дискретными выходами (датчики состояния и датчики со счетно-частотным интерфейсом) и коммутационные аппараты, включая исполнительные механизмы с многопозиционным регулированием, предлагается подсоединять к той же промышленной сети через системы распределенного ввода-вывода типа WAGO - I / O - SYSTEM. AS -консорциум допускает для этой цели AS -интерфейс.

PLC и SoftPLC исполняют прикладное ПО, разрабатываемое с использованием стандартных языков IEC 61131-3. Конфигурирование контроллеров осуществляется при помощи практически стандартных конфигурационных программ и в основном сводится к созданию некоего логического образа физического содержимого каждого контроллера (ресурса), отображаемого в промышленной сети.

Промышленной сетью, объединяющей PLC, SoftPLC и компьютеры автоматизированных рабочих мест оператора, является Industrial Ethernet. Однако Siemens по-прежнему не забывает и Profibus FMS. С технической точки зрения более предпочтительной выглядит позиция Foundation Fieldbus. Это, помимо собственно более развитой инфраструктуры Foundation Fieldbus, объясняется тем, что они уже сейчас обеспечивают совместимость со всеми ведущими протоколами, включая Profibus, Interbus S и др. за счет возможности помещения их над своим транспортным уровнем. То есть любое устройство, находящееся в сети Profibus DP, можно “увидеть” в сети Foundation Fieldbus. Недавнее голосование по принятию стандарта IEC 61158 (Foundation Fieldbus) привело к тому, что подкомитет SC 65 C был вынужден заняться очередной выработкой спецификаций по обеспечению интероперабельности между основными известными промышленными протоколами (существующий IEC 61158, ControlNet, Profibus, Interbus, T-Net, WorldFIP, SwiftNet, FF high-speed Ethernet).

Основными производителями промышленных сетей являются:

- Profibus;

- CAN (CANopen, DeviceNet);

- Interbus;

- HART;

- WorldFIP.

В качестве протокола для сетей на основе простого последовательного порта общепризнан Modbus. Причем большинство решений в области промышленных сетевых технологий характеризуется интеграцией промышленной сети с Ethernet, который по мере снижения цен волоконно-оптических кабелей становится основным сетевым решением на уровнях 2 и 3 архитектуры АСУТП.

Контрольные вопросы

1. Дайте каноническое определение системы реального времени.

2. Для чего используются системы реального времени?

3. В чем отличие систем жесткого и мягкого реального времени?

4. Какие основные требования предъявляются к системе реального времени?

5. Основные характеристики системы реального времени?

6. Дайте определение технической системы и ее структуры.

7. Охарактеризуйте уровни иерархии АСУ ТП.

8. Определите назначение, цели и функции АСУ ТП.

9. Приведите классификацию АСУ ТП.

10. Перечислите основные типы топологических структур систем управления.

11. Сформулируйте доминирующий критерий, входящий в комплексный критерий синтеза систем управления.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ КОМПОНЕНТОВ ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ

С позиций безопасности задачи исследования технических систем заключаются в том, чтобы увидеть, каким образом элементы системы функционируют в системе во взаимодействии с другими ее частями и по каким причинам может произойти отказ, грозящий негативными последствиями для окружающей среды.

Техносфера – часть биосферы, коренным образом преобразованная человеком в технические и техногенные объекты (механизмы, здания, сооружения, горные выработки, дороги и т.д.) с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия социально-экономическим потребностям человека. Таким образом, в преобразовании участвуют техника, технические системы и используемая технология.

Техника (oт греч. techne – искусство, мастерство, умение) – совокупность средств человеческой деятельности, созданных для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. В технике материализованы знания и производственный опыт, накопленные человечеством в процессе развития производства.

Опасность – это явления, процессы, объекты, способные в определенных условиях наносить вред здоровью человека, ущерб окружающей природной среде и социально - экономической инфраструктуре, т.е. вызывать нежелательные последствия непосредственно или косвенно. Другими словами, опасность - следствие действия некоторых негативных (вредных и опасных) факторов на определенный объект (предмет) воздействия. При несоответствии характеристик воздействующих факторов характеристикам объекта (предмета) воздействия и появляется феномен опасности. Опасность – свойство, внутренне присущее сложной технической системе. Она может реализоваться в виде прямого или косвенного ущерба для объекта (предмета) воздействия постепенно или внезапно, и резко в результате отказа системы. Скрытая (потенциальная) опасность для человека реализуется в форме травм, которые происходят при несчастных случаях, авариях, пожарах и пр., для технических систем – в форме разрушений, потери управляемости и т.д., для экологических систем – в виде загрязнений, утрате видового разнообразия и др.

Определяющие признаки – возможность непосредственного отрицательного воздействия на объект (предмет) воздействия; возможность нарушения нормального состояния элементов производственного процесса, в результате которого могут возникнуть аварии, взрывы, пожары, травмы. Наличие хотя бы одного из признаков является достаточным для отнесения факторов к опасным или вредным. Количество признаков, характеризующих опасность, может быть увеличено или уменьшено в зависимости от целей анализа.

Источники опасности. Источниками опасности (материальными носителями) являются: человек; объекты, формирующие трудовой процесс и входящие в него: предметы труда, средства труда (машины, станки, инструменты, сооружения, здания, земля, дороги, энергия и т.п.); продукты труда; технология, операции, действия; природно-климатическая среда; флора, фауна. При анализе обстановки среды деятельности человека вырисовываются как внешние, так и внутренние источники опасности.

Внешние источники – два рода явлений: состояние среды деятельности (технические системы) и ошибочные, непредвиденные действия персонала, приводящие к авариям и создающие для окружающей среды и людей рискованные ситуации. При этом разные факторы среды обитания воздействуют неодинаково: если техника и технологии могут представлять непосредственную опасность, то социально-психологическая среда, за исключением случаев прямого вредительства, влияют на человека через его психологическое состояние, через дезорганизацию его деятельности.

Внутренние источники опасности обусловлены виктимностью – личными особенностями работающего, которые связаны с его социальными и психологическими свойствами и представляют субъективный аспект опасности.

Дата добавления: 2014-12-16