Структурные схемы АС

Техническое задание на проектирование АС

Техническое задание формируется по результатам проведённого предпроектного исследования и разработки концептуальных решений АС.

Разработка ТЗ ведётся в соответствии со стандартами:

ГОСТ 34.601-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания;

ГОСТ 34.602-89. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы.

Техническое задание на автоматизированную систему с учётом требований ГОСТ 34.602-89 содержит следующие разделы:

• общие сведения;

• назначение и цели создания (развития) системы;

• характеристика объектов автоматизации;

• требования к системе;

• состав и содержание работ по созданию системы;

• порядок контроля и приемки системы;

• требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу АС в действие;

• требования к документированию;

• источники разработки;

• приложения.

В зависимости от вида, назначения, специфических особенностей объекта автоматизации и условий функционирования системы допускается оформлять разделы ТЗ в виде приложений, вводить дополнительные, исключать или объединять подразделы ТЗ.

ТЗ должно соответствовать современному уровню развития науки и техники, максимально точно отражать цели, замысел и требования к создаваемой системе и при этом не ограничивать разработчика в поиске и реализации наиболее эффективных технических, технико-экономических и других решений. В соответствии с ГОСТ 34.601-90, после согласования с Заказчиком, выполняется разработка, оформление, согласование и утверждение Технического задания на АС (при необходимости - на части АС). Данный стандарт также определяет состав участников проектирования и реализации проектных решений, которые участвуют в составлении и (или) согласовании ТЗ. В самом общем случае к ним относятся:

• организация-заказчик (пользователь), для которой создаётся АС и которая обеспечивает финансирование, приёмку работ и эксплуатацию как по всей АС, так и по отдельным её компонентам;

• организация-разработчик (генпроектировщик), осуществляющая работы по созданию АС, представляя Заказчику совокупность научно-технических услуг на разных стадиях и этапах создания, а также разрабатывая и поставляя различные программные и технические средства АС. Данная (головная) организация может пользоваться услугами других организаций, работающих у неё на субподряде;

• организация-поставщик, изготавливающая и (или) поставляющая программные и технические средства по заказу Разработчика или Заказчика;

• организации, выполняющие строительные, электротехнические, санитарно-технические, монтажные, наладочные и другие подготовительные работы, связанные с созданием АС.

ГОСТ 34.602-89 устанавливает порядок разработки, согласования и утверждения ТЗ на создание (развитие или модернизацию) автоматизированных систем различного назначения, а также состав и содержание указанного документа независимо от того, будет ли она работать самостоятельно или в составе другой системы. В зависимости от условий создания системы возможны различные совмещения функций заказчика, разработчика, поставщика и других организаций, участвующих в работах по созданию АСУ.

ТЗ на АС разрабатываются на основании исходных данных. Это означает, что Заказчик должен предоставить исполнителю документацию на

оборудование технологического процесса, существующие на предприятии АСУ.

Раздел “Общие сведения”

• Полное наименование системы и её условное обозначение.

• Наименование и реквизиты предприятий (объединений) разработчика и заказчика системы.

• Перечень документов, явившихся основанием создания системы, кем и когда они утверждены.

• Возможные сроки начала и окончания работ по созданию системы.

• Сведения об источниках и порядке финансирования работ.

• Порядок оформления и предъявления заказчику результатов работ по созданию системы или её частей, по изготовлению и наладке отдельных средств (технических, программных, информационных) и программно-технических комплексов системы.

Раздел “Назначение и цели создания (развития) системы ”

• Под “Назначением системы” понимается вид автоматизи­руемых процессов (деятельности) и перечень предполагаемых к использованию объектов.

• В пункте “ Цели создания системы” приводятся наименования и требуемые значения технических, технологических, производственно-экономических и других показателей объекта автоматизации, достигаемые в результате создания АС, указываются критерии оценки достижения целей создания системы.

Раздел “Характеристики объекта автоматизации ”

• Краткие сведения об объекте автоматизации или ссылки на документы, содержащие эти данные.

• Сведения об условиях эксплуатации объекта автоматизации.

• Характеристики внешней среды, в которой функционирует объект автоматизации.

Раздел “Требования к системе ” содержит подразделы с требованиями к системе в целом, функциям (задачам), выполняемым системой, видам обеспечения.

Требования к численности и квалификации персонала АС содержат требования к численности персонала и пользователей АС; квалификации персонала, порядку его подготовки, контроля знаний и навыков; режиму работы персонала АС.

Требования по безопасности включают требования по обеспечению безопасности при монтаже, наладке, эксплуатации, обслуживании и ремонте технических средств системы (защита от воздействия электрического тока, электромагнитных полей, акустических шумов и т.п.), допустимым уровням освещённости, вибрационных и шумовых нагрузок.

Требования по сохранности информации содержат перечень событий: аварий, отказов технических средств (в т.ч. потери питания) и т.п., при которых должна быть обеспечена сохранность информации в системе, а также требования к подсистеме резервного копирования и архивного хранения документов и данных.

В требования к защите информации от несанкционированного доступа включают требования, действующей в отрасли (ведомстве) заказчика.

В требования по эргономике и технической эстетике включают показатели АС, задающие необходимое качество взаимодействия человека с машиной и комфортность условий работы персонала.

Требования к стандартизации и унификации включают показатели, устанавливающие соответствие с государственными стандартами, ведомственными и другими нормами.

В дополнительные требования могут быть включены:

требования к оснащению системы устройствами для обучения персонала (тренажерами, другими устройствами аналогичного назначения) и документацией на них;

требования к сервисным средствам, стендам для проверки элементов системы;

требования к системе, связанные с особыми условиями эксплуатации;

специальные требования по усмотрению разработчика или заказчика системы.

Подраздел “Требования к видам обеспечения ” в зависимости от вида системы может содержать требования к математическому, инфор­мационному, лингвистическому, программному, техническому, органи­зационному, методическому и другим видам обеспечения системы.

В части требований к математическому обеспечению системы приводятся требования к составу, области применения (ограничения) и способам использования в системе математических методов и моделей, типовых алгоритмов и алгоритмов, подлежащих разработке.

В части требований к информационному обеспечению системы приводят требования:

• к составу, структуре и способам организации фондов и машиночитаемых данных в системе;

• к информационному обмену между компонентами системы;

• к информационной совместимости со смежными системами;

• по использованию коммуникативных форматов, унифицированных документов, действующих в данной организации и (или) взаимодействующей группе организаций;

• к внутрисистемным форматам данных;

• по применению систем управления базами данных;

• к структуре процесса сбора, обработки, передачи данных в системе и представлению данных;

• к защите данных от разрушений при авариях и сбоях в электро­питании системы;

• к контролю, хранению, обновлению и восстановлению данных.

В части требований к лингвистическому обеспечению системы приводятся требования к применению в системе:

• классификаторов и тезаурусов,

• языков взаимодействия пользователей и технических средств системы,

• средств кодирования и декодирования данных,

• конверторов,

• языков ввода-вывода данных,

• языков манипулирования данными,

• способов организации диалога.

В части требований к программному обеспечению АС приводятся общие функциональные и общесистемные требования к приобретаемым и вновь разрабатываемым программным продуктам. При этом следует предусмотреть:

• решение средствами ПО системы полного комплекса служебных и пользовательских задач;

• поддержку возможностей обработки, хранения и актуализации заданных видов документов и данных с учётом необходимых их количественных показателей;

• поддержку возможности настройки на заданные входные и выходные формы документов;

• поддержку необходимых форматов данных и средств лингви­стического обеспечения;

• поддержку требований протоколов телекоммуникационного обмена данными, действующими в области функционирования АС,

• обеспечение необходимой для создаваемой АС скорости обработки и поиска данных,

• обеспечение требований стандартизации, унификации, эргономики, защиты информации и соответствия другим, не перечисленным в данном пункте, требованиям, включённым в другие пункты ТЗ.

В части требований к средствам технического обеспечения системы приводят требования к видам технических средств, в том числе к видам комплексов технических средств, программно-технических комплексов и других комплектующих изделий, допустимых к использованию в системе, а также к функциональным, конструктивным и эксплуатационным характеристикам средств технического обеспечения системы.

В части требований к организационному обеспечению приводят требования к структуре и функциям подразделений, участвующих в функционировании системы или обеспечивающих эксплуатацию; организации функционирования системы и порядку взаимодействия

персонала АС с персоналом объекта автоматизации; защите от ошибочных действий персонала системы.

В требования по обеспечению управления и контроля включают:

• перечень контролируемых параметров технологической цепи обработки входных документов и обслуживания пользователей,

• требования к регламенту обработки входных документов и обслуживания пользователей,

• требования к видам статистической обработки контролируемых данных, а также их выходным формам,

• требования к средствам формально-логического контроля.

Раздел “Состав и содержание работ по созданию (развитию) системы” должен содержать перечень стадий и этапов работ по созданию системы в соответствии с ГОСТ 34.601-90, сроки их выполнения, перечень организаций-исполнителей работ, ссылки на документы, подтверждающие их согласие на участие в создании системы и т.п.

В разделе “Порядок контроля и приемки системы ” указывают:

• виды, состав, объём и методы испытаний системы и её составных частей (виды испытаний в соответствии с действующими нормами, распространяющимися на разрабатываемую систему);

• общие требования к приемке работ по стадиям (перечень участвующих организаций, и/или юридических и физических лиц, место и сроки проведения), порядок согласования и утверждения приёмочной документации;

• статус приёмочной комиссии (государственная, межведомственная, ведомственная и т.п.).

В разделе “Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие ” необходимо привести перечень основных мероприятий, которые следует выполнить при подготовке объекта автоматизации к вводу АИС в действие, и их исполнителей.

В разделе “Требования к документированию ” приводят:

• согласованный разработчиком и заказчиком системы перечень подлежащих разработке комплектов и видов документов, в т.ч. выпускаемых на машинных носителях;

• требования по документированию комплектующих элементов межотраслевого применения в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСПД;

• при отсутствии государственных стандартов, определяющих требования к документированию элементов системы, допол­нительно включают требования к составу и содержанию таких документов.

Обеспечение качества проектной документации относится к возможностям средств проектирования анализировать и проверять описания

и документацию на полноту и непротиворечивость, а также на соответствие принятым стандартам и правилам (включая ГОСТ, ЕСПД).

В разделе “Источники разработки” должны быть перечислены документы и информационные материалы (технико-экономическое обоснование, отчеты о законченных научно-исследовательских работах, информационные материалы на отечественные, зарубежные системы-аналоги и др.), на основании которых разрабатывалось ТЗ и которые должны быть использованы при создании системы.

В состав ТЗ на АС включают приложения, содержащие расчёт ожидаемой эффективности системы; оценку научно-технического уровня системы; использованные при разработке ТЗ методические и наиболее важные информационные материалы из состава документов указанных в разделе “Источники разработки”.

Дополнительные рекомендации по составу и содержанию техни­ческого задания на автоматизированные системы различного назначения и приложений к ним содержатся также в РД 50-640-87 и ГОСТ 24.602-86, ГОСТ 21.408-93 «Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов основной комплект рабочих чертежей систем автоматизации».

Состав основного комплекта рабочих чертежей систем автома­тизации. В основной комплект рабочих чертежей систем автоматизации (далее основной комплект) в общем случае включают:

- общие данные по рабочим чертежам;

- схемы автоматизации;

- схемы принципиальные (электрические, пневматические);

- схемы (таблицы) соединений и подключения внешних проводок;

- чертежи расположения оборудования и внешних проводок;

- чертежи установок средств автоматизации.

Объекты управления (отделения, системы, установки, агрегаты, аппараты) и относящиеся к ним средства автоматизации, не связанные между собой и имеющие одинаковое оснащение системами автоматизации, изображают на схемах и планах расположения один раз, поясняя текстовыми указаниями.

Основной комплект допускается оформлять самостоятельными документами с присвоением им базового обозначения (например, в ТПУ ФЮРА. ОКП) и добавлением порядкового номера документа (арабскими цифрами).

Пример - ФЮРА.425400.098 ПЗ и т.д.

Для объектов с небольшим объемом монтажных работ по авто­матизации допускается объединять рабочие чертежи автоматизации различных технологических процессов и инженерных систем в один основной комплект, если их монтаж осуществляет одна монтажная организация. Объединенному основному комплекту присваивают марку АК.

В случае применения приборов с радиоизотопными методами измерения рабочие чертежи для их монтажа выделяют в самостоятельный основной комплект.

Общие данные по рабочим чертежам (далее – общие данные) выполняют по ГОСТ 21.101. При этом ведомость спецификаций не составляют.

Дополнительно к указанным в ГОСТ 21.101 данным включают:

- таблицу исходных данных и результатов расчетов сужающих
устройств (не поставляемых промышленностью) по форме 1* согласно ГОСТ
21.101;

- таблицу исходных данных и результатов расчетов регулирующих органов по форме 2 ГОСТ 21.101;

- перечень закладных конструкций, первичных приборов (разме­щаемых на технологическом, санитарно-техническом и другом оборудо­вании и коммуникациях) по форме 3 ГОСТ 21.101.

В перечень закладных конструкций, первичных приборов и средств автоматизации включают:

- закладные конструкции, предназначенные для установки приборов измерения температуры, отборных устройств давления, уровня, состава и качества вещества;

- первичные приборы (объемные и скоростные счетчики, сужающие устройства, ротаметры, датчики расходомеров и концентратомеров);

- датчики уровнемеров и сигнализаторов уровня;

- регулирующие клапаны.

Для технологических процессов металлообработки, как и для многих других производственных прпоцессов характерна значительная рассредоточенность объектов управления по площадям.

С другой стороны, многие технологические объекты сосредоточены на сравнительно небольших площадях. Это объекты подготовки.

Очевидно, комплекс технических средств и организация каналов связи при автоматизации таких объектов различны.

Управление технологическими процессами сводится к управлению оборудованием - электроцентробежными или штанговыми насосами, групповыми замерными установками, кранами. Централизованное управление реализуется командами открыть, закрыть, включить, выключить, остановить, запустить (дискретное управление). Управление на полевом уровне сводится к автоматическому регулированию технологически параметров. Широко развиты функции контроля, сигнализации аварийных ситуаций, блокировок.

Объектами промысловой подготовки являются различные сепараторы, насосы, отстойники. Наряду с задачами контроля и сигнализации отклонений здесь широко развиты функции стабилизации технологических параметров в режиме с обратной связью (непрерывное управление). Управление такими процессами требует применения более сложных алгоритмов (каскадные системы, системы с компенсацией возмущений, системы со взаимозависимыми параметрами, адаптивные системы, системы оптимального управления).

Объектами управления в технологических процессах транспорта являются насосные и компрессорные агрегаты, узлы учета, вспомогательное оборудование, а также линейные участки. Для линейных участков характерны контроль параметров, сигнализация отклонений и дискретное управление кранами и задвижками. К тому же эти объекты удалены от пунктов управления на значительные расстояния. В то же время насосные и компрессорные станции - «компактные» объекты, при автоматизации которых наряду с контролем, сигнализацией и дискретным управлением часто реализуются функции непрерывного управления (регулирования).

Исходя из особенностей объектов автоматизации, выдвигаются и соответствующие требования к архитектуре, а также аппаратным и программным средствам АСУ ТП.

Для автоматизации непрерывных технологических процессов подготовки, заводских процессов, а также химических процессов наиболее востребованы DCS-системы (в терминологии РФ АСУ ТП). В таких системах все известные функции автоматизации распределены между различными аппаратными средствами системы управления. Каждый компонент системы узко специализирован и «занимается своим делом». Наиболее характерная черта управляющих процессоров DCS-систем - способность выполнять как алгоритмы управления технологическим оборудованием, так коммуникационные протоколы связи с центральными узлами принятия управленческих решений.

Для рассредоточенных объектов в качестве программных средств диспетчерского управления применяют SCADA-системы. Задачей таких систем является обеспечение автоматического дистанционного наблюдения и дискретного управления функциями большого количества распределенных устройств (часто находящихся на большом расстоянии друг от друга и от диспетчерского пункта). Количество возможных устройств, работающих под управлением систем диспетчерского контроля и управления, велико и может достигать нескольких сотен. Для этих систем наиболее характерной задачей является сбор и передача данных, которая реализуется дистанционно расположенными терминальными компьютерными устройствами (RTU).

На рис. 3,4 и 5 представлены структурные схемы комплексов технических средств многоуровневой системы управления технологическими процессами в промышленности с различных точек зрения при решении задач проектирования. Как правило, это двух- или трехуровневые системы. На этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно -аппаратной платформой. В общем случае н ижний уровень (полевой) состоит из первичных датчиков (измерительных преобразователей), осуществляющих сбор информации о ходе технологического процесса, приводов и исполнительных устройств, реализующих регулирующие и управляющие воздействия, кабельных соединений, клеммников и нормирующих преобразователей.

Средний уровень (контроллерный) состоит из контроллеров и прочих устройств аналого-цифрового, цифро-аналового, дискретного, импульсного и т.п. преобразования, и устройств для сопряжения с верхним уровнем управления (коммуникационных модулей). Отдельные контроллеры могут быть объединены друг с другом при помощи контроллерных сетей. Контроллерные сети строятся на базе каналов связи RS-232, RS-485, Ethernet.

Верхний уровень (информационно-вычислительный) состоит из компьютеров объединенных в локальную сеть Fast Ethernet (возможно Ethernet) с использованием в качестве передающей среды медной витой пары или (при больших расстояниях) оптоволокна. Протокол передачи данных – для удаленных подключений TCP IP, для локальных возможно также применение IPX.

Датчики с нижнего уровня поставляют информацию среднему уровню управления локальным контроллерам (PLC), которые могут обеспечить реализацию следующих функций:

- сбор, первичная обработка и хранение информации о состоянии
оборудования и параметрах технологического процесса;

- автоматическое логическое управление и регулирование;

- исполнение команд с пункта управления;

- самодиагностику работы программного обеспечения и состояния самого контроллера;

- обмен информацией с пунктами управления.

Рис.4 Трехуровневая структура АСУ ТП

Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, то это позволяет существенно снизить требования к пропускной способности каналов связи.

Рис.5 Функции трех- уровневой структуры управления

ПЛК контроллеры обычно исполняют роль ОРС серверов в клиент -серверной технологии взаимодействия со SCADA - системой.

Информация с локальных контроллеров направляется в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня. В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, коммуникационные контроллеры) реализуют различные функции (рис.5). Некоторые из них перечислены ниже:

- сбор данных с локальных контроллеров;

- обработка данных, включая масштабирование;

- поддержание единого времени в системе;

- синхронизация работы подсистем;

- организация архивов по выбранным параметрам;

- обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;

- работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;

- резервирование каналов передачи данных и др.

Верхний уровень - диспетчерский пункт (ДП) - включает одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть установлен сервер базы данных. На верхнем уровне могут быть организованы рабочие места (компьютеры) для специалистов, в том числе и для инженера по автоматизации (инжиниринговые станции). Часто в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций.

Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. В зависимости от поставленной задачи на диспетчерском уровне реализуются следующие функции:

• Измерение, контроль и отображение технологических параметров и состояния технологического оборудования.

• Регистрация и анализ истории изменения (трендов) параметров технологических процессов.

• Регулирование технологических параметров.

• Оптимизация работы насосных агрегатов и газовых компрессоров по удельному расходу электроэнергии на перекачку жидкости или газа.

• Оптимизация работы насосных агрегатов и поддержание технологического режима закачки агента по разным направлениям.

• Дистанционное, автоматическое и ручное управление регуляторами, запорными клапанами и задвижками.

• Пуск и остановку технологического оборудования.

• Предупредительная и аварийная сигнализация, блокировка технологического оборудования, контроль срабатывания защит и блокировок.

• Протоколирование аварийных ситуаций и действий оперативного персонала.

• Вибродиагностику насосных и компрессорных агрегатов и электроприводов.

• Контроль состояния (целостности и пропускной способности) коллекторов и внутриплощадочных трубопроводов.

• Подготовка и выдача рапортов, отчетов, справок.

• Связь с АСУ производственного назначения.

Эти задачи и призвано решать прикладное программное обеспечение SCAD A, ориентированное на разработку и поддержание интерфейса между диспетчером/оператором и системой управления, а также на обеспечение взаимодействия с внешним миром.

Все аппаратные средства системы управления объединены между собой каналами связи. На нижнем уровне контроллеры взаимодействуют с датчиками и исполнительными устройствами, а также с блоками удаленного и распределенного ввода/вывода с помощью специализированных сетей удаленного ввода/вывода и полевых шин.

Связующим звеном между локальными контроллерами и контроллерами верхнего уровня, а часто и пультами оператора являются управляющие сети.

Связь различных АРМ оперативного персонала между собой, с контроллерами верхнего уровня, а также с вышестоящим уровнем осуществляется посредством информационных сетей.

Дата добавления: 2014-01-05