Требования, предъявляемые к системе автоматизированного управления

3.2.1. Требования, предъявляемые к системе автоматизированного управления

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) – это автоматизированная система управления для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления. Всоответствии с принятым критерием управления АСУ ТП свойственны следующие признаки:

- АСУ ТП – это человеко-машинная система, в которой человек играет важнейшую роль, принимая в большинстве случаев содержательное участие в выработке решений по управлению;

- автоматические устройства в АСУ ТП - управляющие вычислительные комплексы (УВК), выполняющие трудоемкие операции по сбору, обработке и переработке информации;

- цель функционирования АСУ ТП – оптимизация работы объекта путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

АСУ ТП нового поколения обеспечивают автоматизированный процесс принятия решений по управлению технологическим объектом как единым целым. Для этого в АСУ ТП применяются различные “интеллектуальные” автоматические устройства переработки информации, и прежде всего – современные программно-технические комплексы.

Исходя из особенностей технологии, оборудования и поставленных задач управления на котлоагрегате, а также из общих принципов построения современных систем автоматизированного управления выделим требования предъявляемые системе. Система автоматизированного управления должна:

вести постоянный контроль над технологическим процессом, состоянием технологического оборудования;

обеспечить возможность управления процессами и оборудованием с помощью средств полевой автоматики;

обрабатывать показания аналоговых и дискретных датчиков и вести мониторинг технологического процесса с помощью пультов управления;

производить диагностику и сигнализацию нарушений и аварийных ситуаций с их протоколированием;

обеспечить возможность дистанционного управления регулирующими исполнительными механизмами, запорными пневмоклапанами

и пуском-остановом приводов насосов, а также ведение истории их состояния;

вести локальное регулирование, в основном автоматическая стабилизация технологических параметров (расход, уровень и т.п.);

производить каскадное управление расхода питающего гидрата. В состав алгоритма верхнего каскада управления входят:

алгоритм управления производительностью участка;

алгоритм распределения нагрузки между сгустителями;

производить расчет и прогноз сводных технологических и технико-экономических параметров и оперативный контроль над ними в часовом, сменном и месячном разрезах;

обеспечить связь с существующей общезаводской управляющей сетью ПЭВМ;

производить хранение и представление значений измеренных и расчетных величин.

Так же следует не забывать, что человек (выполняющий главенствующую роль в управлении процессом) подвержен влиянию множества внешних факторов. Поэтому следует также предусмотреть возможность слежения за действиями оператора, наложить ряд ограничений на ввод управляющих воздействий.

3.2.2 Требования к контроллерам

Контроллер – это вычислительное устройство, спрограммированное для применения в промышленности с учетом требований в надежности, безотказности в работе и простоты в обслуживании.

Главное качество, по которому следует проводить выбор контроллера – это быстродействие. Контроллер кроме этого должен обладать следующими свойствами:

Компактность; очень удобна модульная структура контроллера, позволяющая гибко подбирать конфигурацию, исходя из потребности заказчика;

Наличие резервных модулей (не менее одного модуля каждого типа) должно иметься в наличии на случай необходимости замены модуля.

Время, предоставленное на замену модуля, начиная с момента выхода его из строя, должно быть с вероятностью 95 % - 1час.

3.2.3 Требования к информационным потокам

В сервере УВК должны сохраняться данные, полученные обработкой показаний датчиков, в результате технико-экономических расчетов и расчетов по алгоритмам управления. Ниже в таблице 3.1 приведены ориентировочные количественные характеристики объемов сохраняемых данных в текущей (ТБ) и архивной (АБ) базе данных.

Необходимо предусмотреть для обмена информацией между создаваемым комплексом и существующей сетью ИУС через систему связи типа Ethernet: оборудование, алгоритмы обмена информацией и программное обеспечение со стороны комплекса.

Цикл работы контуров регулирования и опроса датчиков - не более 1 секунды. Максимальное время передачи сообщения от любого датчика до пульта – 2 секунды, от пульта оператора до регулирующего органа – 2 секунды, максимальное время ожидания видеокадра – 2 секунды.

Выбор основных технических решений по управляющему вычислительному комплексу, ПО системы, пульту оператора, полевой автоматики и сети

Выбор УВК

Выбор наиболее приемлемого варианта автоматизации представляет собой многокритериальную задачу, решением которой является компромисс между стоимостью, техническим уровнем, затратами на сервисное обслуживание и другими показателями.

По результатам проведённой работы: постановки и декомпозиции задачи управления; анализа существующего уровня автоматизации; технического задания на автоматизацию комплекса технических средств - выявляется необходимость проведения тендера по выбору типа управляющего вычислительного комплекса и средств полевой автоматики.

Тендер — мероприятие, с помощью которого можно выбрать оптимальное решение, проводя анализ по нескольким критериям с различной степенью важности.

Этапы проведения тендера:

1. Формирование перечня участвующих в тендере вариантов.

2. Выбор совокупности критериев, по которым должны оцениваться сравниваемые варианты.

3. Анализ характеристик каждого варианта (составление сравнительных таблиц: технических характеристик, надёжных характеристик, стоимостных параметров).

4. Оценка каждого варианта независимыми экспертами.

Анализ результата решения многокритериальной задачи выбора и принятие окончательного решения.

Сформируем перечень управляющих вычислительных комплексов, участвующих в тендере:

контроллер “Ремиконт” Р-110 со SCADA-пакетом “Пилот”;

контроллер GE FANUC со SCADA-пакетом “Cimplicity”;

контроллер TREI со SCADA-пакетом “КРУГ”.

Выбор типа УВК осуществляем на основании проведения тендера среди вышеназванных комплексов. По каждому из предложенных вариантов была проработана документация, проведен сбор дополнительных материалов. Вся документация была приведена к виду, дающему наиболее полное и точное представление о комплексах и позволяющему легко проводить сравнение вариантов по выбранным критериям (таблица 3.2). Рассматриваемые варианты оцениваются экспертами - специалистами по контрольно-измерительным приборам и автоматизации. Они проведут объективный и обоснованный анализ и сопоставление представленных вариантов по каждому из критериев. Оценка сопоставляемых вариантов проставляется по десятибалльной шкале и приведена в таблице 3.3.

Таблица 3.2 Сравнительные характеристики УВК

Таблица 3.3 Оценки экспертов по рассматриваемым вариантам

В таблице 3.4 приведены сводные результаты проведения тендера по типу УВК.

Таблица 3.4 Сводные результаты оценки УВК

По результатам проведения тендера в качестве управляющего вычислительного комплекса для создания АСУТП выбираем микропроцессорный контроллер GE Fanuc со SCADA-пакетом “Cimplicity”.

Описание программно технического комплекса - контроллер GeneralElectric - Fanuc и SCADA пакет CIMPLICITY. В основу разработки системы положены следующие основные принципы:

построение на современных высоконадежных технических и программных средствах;

обеспечение возможности функционирования УВК в качестве одного из звеньев интегрированной автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления котлоагрегатом;

обеспечение возможности как поэтапного внедрения компонентов УВК, так и внедрения всего УВК в целом;

создание хороших условий работы операторов и обслуживающего персонала.

Для построения системы выбраны:

программируемые логические контроллеры серии 90-30 GE Fanuc [10];

программное обеспечение для создания интерфейса HMI Cimplicity.

Такой выбор обусловлен тем, что:

контроллеры серии 90-30 фирмы GE Fanuc обладают высокой эксплутационной надежностью, что подтверждено сертификатами (производство контроллеров имеет сертификат качества ISO 9001, контроллеры имеют сертификат Госстандарта России как средство измерения, сертификат TUV на применение в системах противоаварийной защиты на объектах класса от 1 до 5 по классификации DIN VDE 0801).

возможность непосредственного подключения широкой номенклатуры датчиков без промежуточного преобразования (нормализации).

возможность сопряжения с другими системами автоматизации и системами автоматизации вышестоящих уровней с использованием широкой номенклатуры стандартных протоколов обмена. В том числе наличие коммуникационного модуля, позволяющего подключать контроллер к сети Ethernet с протоколом TCP/IP. При таком подключении контроллер является узлом в сети и может быть виден с любого другого узла этой сети.

возможность переноса части алгоритмов управления непосредственно на контроллер (при помощи прикладного программного обеспечения VersaPro), что увеличивает быстродействие и надежность системы автоматизации в целом.

контроллеры серии 90-30 фирмы GE Fanuc имеют модульное построение, незначительные габаритные размеры, что обеспечивает удобство монтажа и эксплуатации.

Контроллеры Fanuc - совместного производства фирм GE (США) и Fanuc(Япония). Cimplicity – базовый пакет этих контроллеров, кроме него с GE Fanuc могут работать Fix (Индасофт, Москва).

Контроллеры представляют собой терминальные базы на 10 или 5 модулей (блок питания, процессор, модули ввода-вывода, специальные модули). Один контроллер состоит из четырех до восьми терминальных баз в зависимости от мощности процессора (см. рис 2.2).

Рис 2.2 Общий вид контроллера GE Fanuc

Модули ввода-вывода 8, 16, 32 канальные (модули на 4 и 8 каналов - с гальванической развязкой). Номенклатура модулей очень широкая: дискретные - до 220 В., аналоговые кроме 0-5 мА (используются 0-20 мА или 0-10 В), милливольты, термопары, термосопротивления, дифтрансформаторных нет. Дискретные модули имеют индикацию состояния каждого канала. Максимальная емкость контроллера составляет при 8 терминальных базах 216 аналоговых входов, 416 дискретных входов и 416 дискретных выходов.

Для программирования и конфигурирования контроллера используется VersaPro под Windows – все преимущества программ по ОС Windows, язык релейных и лестничных диаграмм, работа с программой (редактирование) в режиме on-line и off-line с отображением текущих значений. Программа - графическое поле, слева входы, справа - выходы, посередине вставляются блоки (например, триггеры, сумматоры, звено ПИД-преобразования), описываются их входные/выходные переменные и соединяются проводниками или ссылками. Возможна вставка подпрограмм. Документирование в различных видах.

Для разработки автоматизированного рабочего места (АРМ) используется SCADA-пакет Cimplicity. Обладает всеми достоинствами современного SCADA-пакета. Среда разработки - англоязычная. Рабочее пространство разработчика выглядит в стиле таких распространенных программ как Visual Basic или Проводник операционной системы Windows. Можно перемещаться по разделам проекта, создавая и редактируя отдельные элементы и приложения (тренды, архивы, тревоги, доступ, база данных реального времени и др.). Интерфейс оператора - русский. Возможна связь с информационной системой предприятия (прямое считывание и запись данных в базы на сервере) - дополнительных технических и программных средств не требуется. Важной особенностью является встроенный язык программирования - Microsoft Visual Basic, обмен с ИУС реализован с его помощью - команда пишется один раз, далее изменяется только имя базы и номер описателя. Иногда для организации рабочих мест проще в сервер системы установить дополнительную опцию - Web Gateway и тогда с любой ПЭВМ сети завода можно просматривать текущее состояние системы через Internet Explorer в формате страниц HTML.

Для обслуживания автоматических регуляторов, приборов теплотехнического контроля, устройств технологической защиты блокировки сигнализации и других средств автоматизации вместе с их коммуникациями и другими элементами на электростанции организуется цех тепловой автоматики и измерений (ЦТАИ), непосредственно подчиненный главному инженеру и действующий на правах самостоятельной единицы.

На маломощных электростанциях (не районного значения) вместо цеха часто организуется лаборатория или группа автоматики и измерений с такими же задачами, но более простой структурой.

На крупных заводах с большим количеством производственных цехов организуются центральные цехи тепловой автоматики и технологического контроля, обслуживающие производственные цехи и теплосиловое хозяйство завода.

Положение о цехе ТАИ среди других подразделений предприятий определяется Правилами, утверждаемыми в установленном порядке. Для всех работников энергетической промышленности обязательно соблюдение «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей». Не менее важны и другие действующие детективные документы и правила, содержащие сведения об обслуживании энергетического хозяйства. К их числу относятся «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок станций и подстанций» (ПТБ). Персонал цеха ТАИ получает право работать на электростанциях только после изучения и сдачи экзамена на знание упомянутых документов, после чего им выдается удостоверение. В своей работе персоналу цеха ТАИ приходится пользоваться многочисленными техническими документами: чертежами и схемами установок контроля и управления, инструкциями и руководящими указаниями заводов – изготовителей аппаратуры.

Основная задача цеха – поддержание в работоспособном состоянии приборов теплового контроля, авторегуляторов и других средств автоматизации. Цех выполняет большую часть работ по ремонту приборов и авторегуляторов. В его обязанности входит также поверка измерительных приборов, настройка регуляторов, устройств защит блокировки и сигнализации на заданные параметры. На цех ТАИ возлагается обязанность ведомственного надзора за состоянием измерительных приборов. Ему доверяется государственное клеймо, удостоверяющее о соблюдении установленных законом сроков поверки приборов и соответствии нормам погрешности из измерений.

Для выполнения своих задач цех имеет лаборатории и мастерские, оснащенные необходимыми контрольными и образцовыми приборами, стендами, инструментом и станочным оборудованием.

Увеличение единичной мощности агрегатов и электростанций в целом и переход на блочную компоновку оборудования привели к замене децентрализованного управления агрегатами – централизованным.

Децентрализованное управление характерно для электростанций, на которых каждый агрегат станции (котлы и турбины) пускался и управлялся с индивидуального или группового щита управления. При нормальной работе агрегат обслуживался системой автоматических регуляторов, а щит служил лишь для наблюдения за его работой по приборам, число которых было относительно небольшим. Централизованное управление характерно для электростанций с блочными установками большой мощности, когда с мнемосхемы на ЭВМ происходит управление всеми агрегатами блока. На первом этапе освоения блока операции пуска и остановка оборудования выполнялись вручную с помощью ключей дистанционного управления запорными и регулирующими органами, сосредоточенными на пультах управления блоком. Наблюдение за ходом процесса велось по приборам, расположенным на панелях щита.

По мере усложнения и укрупнения агрегатов число приборов, необходимых для наблюдения за процессом, возрастало. Так, уже на блоках 200МВт с барабанными котлами персонал должен был следить за значениями 560 технологических величин и дистанционно управлять 280 органами. Перспективными оказалось применение средств вычислительной техники для контроля за работой и управления происходящими в них процессами.

Информационно – вычислительные машины могут выполнять разные функции, начиная от контроля за работой агрегатов. Машинам можно поручить сигнализацию и регистрацию аварийных отклонений параметров от нормы; они могут вычислять технико – экономические показатели ТЭП в процессе работы оборудования. Это дает возможность корректировать процесс, поддерживая его на оптимальном уровне вручную или автоматически.

Однако поручить вычислительным машинам все функции управления еще не представляется возможным, так как для этого требуется, чтобы надежность их была выше надежности основного оборудования блока. Без этого вычислительные машины могут применяться только как существенное дополнение к обычной системе автоматического регулирования.

В настоящее время наметилось несколько вариантов (этапов) освоения вычислительных машин для управления агрегатами электростанций. Основные из этих вариантов следующие:

Применение вычислительной машины в качестве информационной (ИВМ). При этом машина воспринимает необходимое количество параметров работы оборудования (информации), фиксирует их в своем запоминающем устройстве (памяти машины), сравнивает с заложенными в памяти нормальными (заданными) величинами и в случае отклонения подает сигнал, начинает запись отклонившейся величины и выводит ее на один из контрольных приборов, работающих по вызову. Кроме того, при такой системе ограниченное число наиболее важных величин непрерывно показывается и регистрируется обычными приборами теплотехнического контроля.

На втором этапе информационная машина, выполняющая те же функции, что и в п.1, снабжается вычислительным устройством и производит расчеты технико - экономических показателей, заменяя работу группы учета. К таким показателям относятся к.п.д. котлоагрегата и блока в целом, величина отдельных потерь тепла, удельный расход электроэнергии на собственные нужды и др. Так как вычислительная машина может выполнять расчеты практически любой сложности по заложенным в ее запоминающее устройство программам в короткий срок, то выдаваемые ею сведения поступают к дежурному инженеру и оператору блочного щита управления своевременно и они успевают воздействовать на процесс в направлении повышения его экономичности (оптимизации). Информационно – вычислительную машину при такой схеме управления часто называют «советчиком оператора»

Следующий этап (рис. 4) заключается в применении вычислительной машины в качестве контроллера. На этом этапе воздействие машины на органы управления процессом осуществляется через систему автоматического регулирования (управления). Отличие от предыдущего варианта (п.2) заключается в том, что здесь оптимизация процесса выполняется не вручную оператором, а непосредственно машиной по результатам расчета технико – экономических показателей ее вычислительным устройствам. В этом варианте вычислительная машина выполняет функции корректирования процесса через задатчики авторегуляторов. Запоминающее устройство машина содержит программы, по которым она автоматически осуществляет пуск, останов, перевод на пониженную нагрузку и другие операции по управлению агрегатами. Информационная часть машины выполняет те же операции, что и в предыдущих вариантах. При выходе контроллера из строя система авторегулирования и защиты полностью остается в действии. Снижается лишь экономичность работы блока. Не требуется также особого быстродействия машины, так как необходимую скорость выполнения операции обеспечивают автоматические регуляторы и устройства защиты. Описываемый вариант с оптимизирующей вычислительной машиной (каскадное управление) служит этапом к замене вычислительной машины всех функции управления блоком.

Вариант прямого управления блоком с помощью УВМ предусматривает максимальное использование всех возможностей, заложенных в вычислительной машине, для автоматического управления теплоэнергетическим оборудованием электростанций. Обычная система автоматического регулирования и защиты отсутствует, т.к. ее функции непосредственно выполняет УВМ, прямо воздействующая на исполнительные механизмы органов регулирования и управления. Машина выполняет все функции информационной и вычислительной части, оптимизирует процесс, пускает и останавливает оборудование, предохраняет его от возникновения развития аварий. Этот вариант требует от УВМ высокой надежности, т.к. выход ее из строя неизбежно приводит к остановке всего блока. Установка же второй (резервной) машины приводит к неоправданному увеличению стоимости системы управления.

Рис.6 Схема каскадного управления блоком, с применением контроллера

Операторская станция - это мощный интерфейс на базе видеомонитора, обеспечивающий отображение и адресацию 10000 тегов. Такие возможности в сочетании с усовершенствованным управлением информацией делают операторскую станцию идеальным интерфейсом для систем общезаводского (цехового) управления. Станция позволяет конфигурировать 1500 экранных форм, 1000 трендов и 260 заказных сообщений и выводить их на видеомониторы высокого разрешения, распечатывать и организовывать их в файлы. Помимо представления данных в различных формах операторская станция даёт возможность использовать процессор прикладных задач (мощную универсальную ЭВМ) для анализа данных расчетов и итоговых отчётов.

Для операторской станции управления котлоагрегатом рекомендуется использовать ПЭВМ «Pentium-4» с пакетом CIMPLICITY, который обеспечивает:

1) управление технологическими процессами с помощью промышленных микропроцессорных контроллеров и IBM PC;

2) представление объекта управления на мнемосхемах, трендах, панелях управления;

3) контроль значений технологических параметров и обработка аварийных ситуаций в реальном времени;

4) оперативное управление контурами регулирования;

5) накопление данных в архиве на диске с возможностью дальнейшей обработки;

6) автоматическая генерация отчётов.

Похожие работы

Автоматизация заводской котельной установки

Скачать

31450

1

14

... /см2) предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления и горячего водоснабжения. Масса котельной установки 16,5 т, температура питательной воды 100 С, температура пара 210 С. В качестве сжигаемого топлива используют газ или мазут.Котлы двухбарабанные вертикально-водотрубные выполнены по ...

Розробка системи стратегічного управління на державному підприємстві (на прикладі КП "Здолбунівкомуненергія")

Скачать

76118

8

10

... чином вище сформульовано і зазначено основні пропозиції КП «Здолбунівкомуненергія» щодо покращення управління персоналом. 3.3 Реструктуризація виробництва, як шлях стратегічного управління Як було зазначено в пункті 2.1 даної курсової роботи на підприємстві КП «Здолбунівкомуненергія» здебільшого такі котельні установки, ресурсний потенціал яких давно вичерпаний. Відповідно підприємство у ...

Техническая реализация САУ (система автоматического управления) технологическим параметром (уровень воды) в котле Е-50

Скачать

45097

0

6

... режимов функционирования котла. Повышение экологических характеристик котельной и культуру производственного процесса. Благодаря программному управлению система автоматически отслеживает все параметры текущих процессов, реализуемых водогрейными и паровыми котлами, и управляет технологическим оборудованием, обеспечивая нормальное и безаварийное функционирование котельной установки. Кроме того, ...

Автоматизация редукционно–охладительной установки

Скачать

69188

29

11

... , по приведённой методике, производится расчёт экономической эффективности внедрения автоматизации редукционно-охладительной установи и сравнение технико-экономических показателей работы подразделения. Экономическая эффективность внедрения системы автоматического контроля и регулирования редукционно-охладительной установки определяется путём сопоставления технико-экономических показателей работы ...