Глава 13. Выбор и построение надежных и эффективных АСУТП 875
13.21. Методы снижения числа оповещений
Современные системы управления и защиты используют многообразную диагностику состояния технологического процесса и контрольно-измерительного оборудования (см. таблицу 13.4). Если не предпринимать специальных мер по сокращению избыточных оповещений и тревожных сигнали- заций, можно просто утонуть в их потоке, перестать их вос- принимать, и пропустить действительно опасную ситуацию.
Таблица 13.4
Тип
Описание
Возможные причины
Тревожный сигнал размыкания вывода
Обнаружено размыкание вывода
Блочный режим адресации данных не работает (0/S)
Отаг модуля В!В
BAD Тревожный сигнал ошибки ввода
Обнаружено размыкание ввода блочный режим адресации данных не работает (O/Si
(активирован сигнал ЮР}
Отказ модуля В/В
Состояние или происхождение данных действительно
(ОШИБКА)
ЮР Тревожный сигнал размыкания ввода
Порог тревожного сигнала непригоден
Отказ датчика
ЮР Тревожный сигнал размыкания ввода
Обрыв провода
Превышение диапазона нижнего предела
Отказ клеммы обнаружения
НН Трев сиж ввода еерхн высок предела
Порог тревожного сигнала непригоден
LL Трев сигн ввода нижн низкого предела
Гистерезис тревожн сигнала непригоден
HI Трев сиж ввода высокого предела
Действие непригодно
10 Трев сиж ввода низкого предела
DV+ Трев сиж отклонения (полож награвл)
Порог тревожного сижала непригоден
Параметр ПИД регулирования непригоден
0V Трев сиж отклонения (отриц напраел)
Гистерезис тревожн сигнала непригоден
Действие непригодно
Фильтр проверки отклонения непригоден
VEL+ Трев сиж ввода скор (полож напрвл)
Порог тревожного ситала непригоден
Параметр ПИД регулирования непригоден
Трев сиж ввода скор (отриц напрвл)
Гистерезис тревожн сигнала непригоден
Действие непригодно
Отказ клеммы/датчика обнаружения
MHI Трев сигн ввода высокого предела
Порог тревожного сигнала непригоден
Параметр ПИД регулирования непригоден
ML0 Трев сиж ввода низкого предела
Гистерезис тревожн сигнала непригоден
Ручное действие непригодно
CNF Трев сиж состояния плохого соединения
Подсоединенный блок функций ввода/вывода не работает (0/S)
Пропуск разработки
CERR Трев сиж ошибки вычислений
Ошибка вычисл (деление на нуль и т л)
PERR Трев сиж непредвиденного ответа
Отказ КИПиА участка
ANS+ Ошибка ответа
Отказ оборудования участка
ANS Ошибка ответа
AUT Автоматический режим
Действие должно быть автоматизировано
MAN Ручной режим
CAS Каскадный режим
SV Установка переменной
MV Управление переменной
Для снижения общего количества сигнализаций необхо- димо решить следующие задачи:
• Во-первых, определить причину каждого сообщения тревоги или оповещения.
• Во-вторых, решить проблему, не прибегая к маскиро- ванию сообщений и сигналов тревоги.
876
Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка Необходимые мероприятия:
1. Улучшение работы поля
(ЮР / OOP alarm): - Замена полевого оборудования;
- Замена отсечных и регулирующих клапанов.
2. Улучшение контроля и управления
(DValarm, VEL alarm, MH/ML alarm): - Настройка параметров PID-регуляторов;
- Инсталляция АРС пакетов;
- Настройка программ последовательного управления в
РСУ.
3. Настройка тревог
(HI /НН /LO /LL alarm): - Настройка тревожных сигнализаций;
- Оптимизация связи тревог с процессом;
- Снятие ненужных тревог.
4. Перенастройка уставок предупредительных и предава- рийных сигнализаций
(HI/НН / LO / LL alarm): - Исключение участков бездействия системы в ответ на событие;
- Унификация полевого оборудования и управления.
Представленные действия приводят к тому, что признаки действительно аномальной ситуации обнаруживаются быст- рее, чем бездумная лавина предупредительных сигнализаций
РСУ. В анализ вовлечены все средства, способные дать до- полнительную информацию об истинном состоянии процесса:
• Долговременное отклонение технологической пере- менной;
• Аномалия материального / теплового баланса;
•
Пропуск технологической операции;
• Отказ оборудования КИПиА.
Таким образом, на основе комплексного опыта технолога- оператора, инженера-технолога, инженера КИП создаются предпосылки для:
• Снижения непродуктивной рабочей нагрузки на опе- ратора;
• Предотвращения цепных тревожных сигналов;
• Повышения устойчивости и безопасности процесса;
• Уменьшения потерь сырья, энергоносителей, непроиз- водительных потерь времени;
• Повышения производительности.
Глава 13. Выбор и построение надежных и эффективных АСУТП 877
13.22. Ключевые аспекты построения АСУТП
В предыдущих главах данного руководства дано развер- нутое представление о методах создания надежных и безопас- ных АСУТП. В завершение настоящей работы некоторые ключевые аспекты необходимо выделить особо.
13.23. Техническое задание на создание АСУТП
Исключительно важно начать "новую жизнь" не с импро- визаций, а с тщательной подготовки к созданию АСУТП, и не вообще, а В ПИСЬМЕННОМ ВИДЕ:
• С формирования требований к АСУТП;
• С разработки концепции АСУТП;
• С разработки и утверждения Технического задания на создание АСУТП.
См. главу "Состав и содержание работ по созданию
АСУТП", главу "Состав и содержание документации проекта
АСУТП", и главу "Техническое задание на создание АСУТП".
Техническое задание создается разработчиком АСУТП при деятельном участии заказчика, и затем согласовывается со всеми участниками проекта:
• Проектная организация
• Поставщик оборудования
• Разработчик АСУТП
• Технадзор
• И собственно Заказчик.
И пройти эти стадии необходимо ПРЕЖДЕ, чем подписы- вать какие бы то ни было договоры на поставку оборудования, проектирование и разработку. Это позволит в значительной степени избавиться от многих проблем:
• И во время предварительного обследования процесса,
• И при выборе поставщика оборудования,
• И во взаимоотношениях с проектной организацией,
• И во взаимоотношениях с разработчиком АСУТП,
• Ив течение выполнения проекта,
• И во время приемо-сдаточных испытаний,
• И при прохождении экспертизы проекта в органах технадзора.
878 Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка
13.24. Полевое оборудование
За последние годы полевое оборудование претерпело ре- волюционные преобразования. В аспекте промышленной безопасности сегодня к полю предъявляются совершенно осо- бые требования.
Для вновь создаваемых производств - применение "ин- теллектуального" полевого оборудования с поддержкой гиб- ридных HART и цифровых полевых шин Fieldbus.
Для действующих реконструируемых производств -
поэтапный переход на "интеллектуальное" полевое оборудо- вание с поддержкой гибридных HART и цифровых полевых шин Fieldbus.
Протокол Fieldbus (рис. 13.15) представляет собой про- токол двунаправленной цифровой связи для полевого обо-
рудования. Протокол Fieldbus является серьезным нововведе- нием в технологии систем управления процессом. Он предла- гается для замены стандартной аналоговой связи 4-20 мА, на которой работает большинство существующих в настоящий время устройств низовой автоматики. К сожалению, даже это миллиамперное большинство не на нашей стороне. Использо- вание полевой шины открывает совершенно новые возможно- сти управления процессом:
• Цифровой протокол обеспечивает точную обработку информации и строгий контроль качества информа- ции;
• Поддерживается мультиплексорная передача, что по- зволяет передавать параметры функциональных бло- ков контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации;
• Связь между контрольно-измерительными приборами позволяет реализовать автономное распределенное управление;
• Возможность взаимодействия позволяет объединять в единую систему устройства от различных поставщи- ков;
• Широкий выбор устройств от различных поставщиков позволяет сконфигурировать оптимальную систему;
• Объединять можно самые разнородные системы, такие как контрольно-измерительные приборы, анализаторы
Глава 13. Выбор и построение надежных и эффективных АСУТП 879 и электрическое оборудование, заводскую вычисли- тельную сеть, сочетать корпоративную бизнес- автоматизацию и офисные приложения;
• Настройку и проверку оборудования можно выполнять дистанционно.
Рис. 13.15
Примечание
Необходимо обратить внимание, что в отличие от сиг-
налов 4-20 тА и HART, шина Fieldbus имеет двунаправ-
ленный характер.
Полевые шины позволяют существенно сократить число каналов ввода-вывода в систему (см. рис. 13.15), поскольку могут делать измерения и передачу множественных перемен- ных процесса, одновременно производя сопутствующие вы- числения, компенсацию нелинейностей и т.д.:
• Датчики дифференциального давления Fieldbus - обеспечивают массовый расход, объемный расход, давление, температуру потока;
• Магнитные расходомеры - объемный расход, темпера- туру и проводимость среды;
• Вихревые расходомеры - массовый расход, объемный расход, давление, температуру;
• Кориолисовые расходомеры - массовый расход, объ- емный расход, давление, температуру;
• Уровнемеры дифдавления - уровень плотность жидко- сти, давление и температуру в аппарате;
880
Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка • Ультразвуковые уровнемеры -
уровень и температуру измеряемой среды;
• Температурные датчики - влажность, температуру ок- ружающей среды, уровень вибрации;
• рН-метры - собственно рН и температуру;
• Датчики проводимости - проводимость и температуру измеряемой среды.
Блоки управления (
PID, Ratio, Feed Forward и т.д.) явля- ются составной частью Fieldbus - датчики и позиционеры со встроенными блоками PID-регулирования уже существуют.
Поэтому система управления может быть сконфигуриро- вана таким образом, что в случае отказа какого либо контура в
DCS управление может быть подхвачено контуром полевого оборудования с поддержанием последнего заданного значе- ния. Возврат к основной конфигурации происходит после вос- становления взаимодействия с DCS (рис. 13.16).
Ethernet FF-H1 support
Глава 13. Выбор и построение надежных и эффективных АСУТП 881
13.25. Системы противоаварийной защиты
Контроллер системы защиты В ОБЯЗАТЕЛЬНОМ ПО-
РЯДКЕ должен иметь программное обеспечение для опреде-
ления первопричины останова технологического процесса вне зависимости от типа отказа.
Все оборудование системы защиты, включая и полевое оборудование, должно быть сертифицировано на применение в системах безопасности (Safety Instrumented Systems).
Важное замечание
Современные международные стандарты безопасности
рекомендуют производить замену дискретных входов в сис-
тему ПАЗ на интеллектуальные аналоговые приборы (Smart
transmitters).Там, где по требованиям безопасности необхо-
димо установить 2 датчика на один и тот же технологиче-
ский параметр, они могут иметь различные принципы изме-
рений (альтернативное резервирование).
13.26. Резервирование
Необходимо предусматривать резервирование ВСЕХ
элементов системы, имеющих отношение к безопасности:
• Полевое оборудование;
• Полевые шины;
• Модули ввода-вывода;
• Модули управления;
• Источники питания;
• Грамотный и ответственный персонал.
13.27. Избыточность
АСУТП должна строиться с достаточной степенью избы- точности. Как РСУ, так и система ПАЗ, должны иметь 10-20 % резерв по информационным и управляющим каналам.
Вместе с тем, необходимо понимать, что требование из- быточности относится не только к оборудованию, но и ко всем программным компонентам системы.
Необходимо предусмотреть достаточные резервы по опе- ративной и дисковой памяти, а также по быстродействию микропроцессорных вычислителей и промышленных сетей,
882 Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка
которые потребуются для развития функций системы. Запас и информационной, и функциональной избыточности должен быть никак не менее 20, а лучше 40%, включая, прежде всего, быстродействие. Эти требования в обязательном порядке включаются в Техническое задание на систему.
13.28. Иерархия - закон управления сложностью
Цели, которые мы стремимся достичь при построении систем управления и защиты, должны принять ясное выраже- ние в виде вполне понятной архитектуры.
Данный подход хорошо известен в художественном твор- честве. Излюбленный тезис художников - форма освобожда-
ет. Невозможно построить осмысленное сооружение, не имея плана, и не представляя архитектуру объекта.
В контексте нашей темы это означает, что изначально должна быть осмыслена и выстроена информационно- управляющая модель, адекватно отражающая свойства реаль- ного объекта автоматизации.
Ф. Брукс, руководитель грандиозного проекта разработки операционной системы IBM ОС 360, перед которой все подел- ки Microsoft - детский лепет, в своей замечательной книге
"Как проектируются и создаются программные комплексы.
Мифический человеко-месяц. Очерки по системному програм-
мированиюНаука, 1972 г., пишет:
"Организации, разрабатывающие системы, стремятся к
разработке систем, которые являются копией структур и
связей, существующих в самих организациях
Успешно работающие сообщества - это успешно органи- зованные сообщества, будь то люди, технические устройства, или насекомые (перечислено в порядке возрастания уровня организации).
Только после осознания информационной структуры объ- екта могут быть оформлены и формализованы функции эле- ментов структуры. Прежде чем функции превратятся в утили- тарную последовательность операций, даже если это деклари- руется под лозунгом новомодных "процессных" подходов, и полностью соответствует и ISO, и чему-то еще, должна быть построена осознанная информационно-управляющая модель объекта автоматизации.
Глава 13. Выбор и построение надежных и эффективных АСУТП 883
По определению, Иерархия (гр. Hierarchia = hieros, свя-
щенный + arche, власть) расположение частей или элемен-
тов целого в порядке от высшего к низшему. И здесь как ни- где применим картезианский принцип: разделять проблему до тех пор, пока решение задачи не станет очевидным. Декомпо- зиция модели, являясь по определению средством анализа, удивительным образом воздействует на процесс созидания, и возвращает единый синтетический результат.
Рис. 13.17
"Делить каждую из рассматриваемых трудностей на
столько частей, сколько потребуется, чтобы лучше их раз-
решить. Располагая свои мысли в определенном порядке, на-
чиная с предметов простейших и легко познаваемых, восхо-
дить мало-помалу, как по ступеням, до познания идей наибо-
лее сложных, допуская существование порядка даже среди
тех, которые в естественном ходе вещей не предшествуют
друг другу", -
Рене Декарт, Размышление о методе, чтобы верно направ-
лять свой разум и отыскивать истину в науках, 1637 год.
884 Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка
13.29. Функции контроля и управления
• Общие функции:
- Вход в систему
- Рабочий режим экрана
- Окно системных сообщений
- Иерархия окон
- Окно навигатора
- Вызов динамического окна
- Функция циркуляции изображений
- Функция обработки сигнализаций
- Функции печати копии экрана.
• Стандартные окна управления и контроля:
- Объекты обзора
- Графические окна (мнемосхемы)
- Графические объекты
- Объекты управления (контуры)
- Окно настройки
- Окно тренда
- Окно сигнализации процесса
- Окно руководства действиями оператора
- Окно контроля сообщений.
• Функции поддержки управления и контроля:
- Функции отчета о процессе
- Функции отчета исторических сообщений
- Функции защиты доступа
- Специализация настольного окружения системы
- Функция голосовых сообщений
- Функции нескольких мониторов.
• Функции техобслуживания системы:
- Окно обзора состояния системы
- Окно системной сигнализации
- Окно состояния станции управления
- Окно настройки Станции оператора
- Окно установки времени
- Диалог помощи.
• Окна дисплея состояния управления:
- Окно схемы управления
Глава 13. Выбор и построение надежных и эффективных АСУТП 885
- Окно таблицы последовательности
- Окно логической схемы
- Окно прикладной программы.
• Функция тренда: - Тренды
- Настройка тренда
- Вывод на дисплей трендов с других Станций
- Функция архивирования долговременных данных
- Функции выхода на внешний регистратор.
• Функции контроля внешних интерфейсов. Представленная структура функций может показаться са- моочевидной, и недостойной высокого внимания и серьезного осмысления. Но стоит попробовать создать нечто подобное самому, не заглядывая в ответ, от гонора не останется следа.
13.30. Операторский интерфейс Таким образом, представление информации на станциях оператора должно иметь иерархическую организацию, повто- ряя организационно-технологическую структуру производст- ва.
Следует всячески избегать излишней гибкости пред-ставления информации, и избытка возможных способов проведения операций технологическим персоналом, с тем, чтобы технологический персонал не плутал в бесконечном количестве динамических окошек, а приобретал устойчивые навыки автоматических действий.
Необходимо в максимально возможной степени ограни- чить (лучше - отсечь) все возможности Windows, не имеющие прямого отношения к функциям системы и технологического персонала. Очень эффективное средство предотвращения не- санкционированных или ошибочных действий - специализи- рованные функциональные панели вместо стандартных алфа- витно-цифровых клавиатур. Функциональная клавиатура, как одно из ключевых средств взаимодействия человека с процес- сом, понуждает оператора действовать по жестко определен- ным правилам. Функциональная клавиатура заставляет опера- тора процесса
использовать только разрешенные команды, и вырабатывает стереотипы, не провоцируя на бесконечную мышиную возню с аморфными окошками.
886 Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка
13.31. Тренажеры
Согласно ПБ 09-540-03 "Общие правила взрывобезопасно-
сти для взрывопожароопасных химических, нефтехимических
и нефтеперерабатывающих производствстр. 7, пункт 2.12,
"Для приобретения практических навыков безопасного выполнения работ, предупреждения аварий и ликвидации их последствий на технологических объектах с блоками I и II ка- тегории взрывоопасности все рабочие и инженерно- технические работники, непосредственно занятые ведением технологического процесса и эксплуатацией оборудования на этих объектах, проходят курс подготовки с использованием современных технических средств обучения и отработки на- выков (тренажеров, учебно-тренировочных полигонов и т.д.)".
И далее:
"С этой целью указанные организации должны иметь
компьютерные тренажеры, включающие максимально при-
ближенные к реальным динамические модели процессов и
реальные средства управления (функциональные клавиатуры,
графические экранные формы и т.д.).
Обучение и отработка практических навыков на компь-
ютерных тренажерах должны обеспечивать освоение техно-
логического процесса и системы управления, пуска, плановой и
аварийной остановки в типовых и специфических нештат-
ных и аварийных ситуациях
Прежде, чем выставлять подобные требования, необхо- димо ясно понимать, что за ними стоит. Может быть, поэтому тех, кто у нас занимается тренажерами - ноль целых ноль де- сятых, а моделирующих комплексов, способных дать реаль- ный эффект - и того меньше.
Но и потенциальная возможность дать эффект вовсе не означает, что этот эффект будет получен. Для его обеспечения на установке постоянно должна работать группа специали- стов высшей квалификации, способных поддерживать адек- ватность моделей процесса реальному состоянию установки.
И позволить себе создание подобных человеко-машинных комплексов даже на западе могут только те немногочислен- ные фирмы, которые специализируются на проектировании и эксплуатации вполне определенной группы технологических процессов.
Скачать 6.47 Mb.