Автоматизированное проектирование систем управления технологическими процессами Особенности построения и разработки АСУ 1
Этапы разработки АСУ Построение АСУ обычно проходит следующие этапы: n 1. Технико- экономическое обследование и анализ существующей системы управления; n 2. Разработка техзадания на проектирование n 3. Разработка технического проекта АСУ n 4. Разработка рабочего проекта n 5. Внедрение АСУ 2
Принципы разработки АСУ n 1. Принцип системного подхода - научно- методической основой разработки АСУ является системный анализ, охватывающий как управляющую и управляемую части системы, так и ее внешнюю среду. n 2. Разработка и внедрение АСУ должны находиться в ведении высшего руководителя той организации, для которой она разрабатывается. 3
Принципы разработки АСУ n 3. Принцип новых задач - высокая эффективность создаваемой АСУ в значительной степени обеспечивается введением принципиально новых задач, как правило, оптимизационных, которые в существующей системе при ручной технологии не решались или решались частично из-за отсутствия адекватной модели, невозможности переработать большой объем информации и добиться нужной точности, детальности и скорости расчетов. 4
Принципы разработки АСУ n 4. Принцип непрерывного развития системы предусматривает возможность ввода новых и совершенствования решаемых задач как при поэтапном вводе системы в действие, так и при дальнейшем ее развитии, сохраняя при этом целостность системы и взаимосвязи между задачами. Этот принцип связан с гибкостью, адаптацией системы к изменениям во внешней среде. 5
Принципы разработки АСУ n 5. Принцип согласованности - при разработке АСУ следует обеспечить согласованность пропускной способности отдельных частей системы. В простейшем случае для последовательных участков добиваются, чтобы пропускная способность каждого последующего участка была не меньше, чем у предшествующего. 6
Принципы разработки АСУ n 6. Принцип типизации - при разработке АСУ, для которой существуют аналоги, следует использовать опыт предыдущих разработок. Каждый раз, когда в проекте используется иное решение, его необходимо обосновать соответствующим системным анализом. Для объекта нового типа на основе анализа группы объектов разработку АСУ ведут таким образом, чтобы ее можно было использовать в дальнейшем для аналогичных систем. Уровень типизации может быть различным: от уровня подсистем и выполняемых ими функций до типовых программ решения специальных задач. Типизация имеет большое значение для автоматизации проектирования АСУ. 7
Принципы разработки АСУ n 7. Принцип автоматизации документооборота - в АСУ недостаточно лишь выполнять на ЭВМ расчеты по тем или иным моделям. Необходимо автоматизировать все остальные процессы, связанные с движением информации - сбор, хранение, передачу, обработку данных и выдачу их для использования в виде подготовленных машиной документов или в иной удобной форме. 8
Принципы разработки АСУ n 8. Принцип единой информационной базы — или принцип однократного ввода данных означает, что независимо от числа задач, в которых используются какие-либо сведения, числа обращений к ним, ввод их в ЭВМ должен осуществляться лишь один раз с последующей выдачей по мере необходимости из памяти машины. 9
Принципы разработки АСУ n 9. Разрабатываемые АСУ должны обладать повышенной живучестью, то есть способностью некоторой компенсации нарушений функций отдельных частей и устройств. Система должна продолжать выполнение основных функций при таких нарушениях, хотя эффективность ее может оказаться пониженной. Один из путей повышения живучести системы - обеспечение возможности автономной работы ее подсистем, которые выполняют свои функции, хотя и с ухудшенной эффективностью, в течение некоторого времени без связи с вышестоящей подсистемой. Другим способом является возможность временного выполнения всех или части функций одной подсистемы другой (специфическая форма резервирования). 10
Принципы разработки АСУ n 10. С самого начала разработки АСУ важно предусмотреть ее поэтапный ввод в эксплуатацию. Это позволяет при ограниченных ресурсах быстрее получить реальный эффект, обеспечивает более плавный переход сотрудников к работе в новых условиях, улучшает отработку и опробование отдельных частей системы, повышает уверенность в ее будущей успешной работе. 11
Классификация АСУ n 1. По уровню управления n 2. По характеру объекта управления n 3. По функциональному назначению n 4. По характеру производства 12
АСУ по уровню управления n Общегосударственная автоматизированная система (ОГАС) - автоматизированная система сбора и обработки информации для учета, планирования и управления народным хозяйством на базе государственной сети вычислительных центров (ГСВТ) и единой автоматизированной системы связи страны. n Отраслевая автоматизированная система управления (ОАСУ) - АСУ министерства или ведомства, предназначенная для управления подведомственными организациями как автономно, так и в составе ОГАС. 13
АСУ по уровню управления n Территориальная АСУ - система, предназначенная для управления административно-территориальным районом (республики, края, области, района, города) как автономно, так и в составе ОАСУ и (или) ОГАС. n АСУ производственным объединением (фирмой) - предназначена для управления производственным объединением (фирмой) как автономно, так и в составе ОАСУ и (или) ОГАС. n АСУ предприятием (АСУП) - предназначена для управления предприятием как автономно, так и в составе АСУ, производственным объединением и (или) АСУ фирмой. 14
АСУ по характеру объекта управления n АСУ технологическим процессом (АСУ ТП) - предназначена для непосредственного управления технологическим процессом. n Автоматизированная система организационного управления (АСОУ) - предназначена для управления коллективами людей в экономических и социальных системах. n Интегрированная система управления - объединяющая в одну систему АСОУ и АСУ ТП. 15
АСУ по функциональному назначению Выделяют АСУ: n плановых расчетов (АСПР); n материально-технического снабжения (АСУ МТС); n государственной статистики (АСГС); n научно-технического прогресса (АСУ НТ) и т. п. 16
АСУ по характеру производства Различают АСУП: n для предприятий с производством непрерывного типа; n для предприятий дискретного (мелкосерийное и единичное производство); n для предприятий непрерывно-дискретного (поточно-массовое и крупносерийное производство). 17
Информационное обеспечение АСУ представляет собой: n совокупность данных; n языковых средств описания данных: n методов организации, хранения, накопления и доступа к информационным массивам, обеспечивающих выдачу всей информации, необходимой в процессе решения функциональных задач АСУ и справочной информации абонентам системы. 18
Информационная база системы В состав информационной базы входят: n нормативные и справочные данные, составляющие информационный базис системы; n текущие сведения о состоянии управляемого объекта или процесса; n текущие сведения, поступающие извне системы, требующие ответной реакции системы или влияющие на алгоритмы выработки решений; n накапливаемые учетные и архивные сведения, необходимые для планирования и развития системы. 19
Информационная база системы n При проектировании информационного обеспечения время представления информации иногда становится решающим фактором. Существуют критические сроки, по истечении которых сведения полностью теряют какую-либо ценность. n Основное назначение информационного обеспечения состоит в создании динамической информационной модели объекта, отражающей его состояние в текущий или предшествующий момент времени. 20
Основные требования к информационному обеспечению АСУ n 1. Полнота отображения состояний управляемой системы и достоверности информации, как необходимой для решения задач АСУ, так и выдаваемой по запросам абонентов; n 2. Высокая эффективность методов и средств сбора, хранения, накопления, обновления, поиска и выдачи данных; n 3. Одноразовая регистрация и однократный ввод информации и ее многократное и многоцелевое использование; 21
Основные требования к информационному обеспечению АСУ n 4. Простота и удобство доступа к данным n n информационной базы; 5. Ввод и накопление в информационной базе данных с минимумом дублирования; 6. Организация эффективной системы документооборота; 7. Развитие информационного обеспечения путем наращивания данных и организации новых связей и проектирования более совершенных методов и способов обработки информации; 8. Регламентация доступа к данным с различным уровнем доступа, а также времени хранения документированной информации. 22
Классификация информационных массивов Массивы информационного обеспечения АСУ можно классифицировать по различным признакам. Основными классификационными признаками массивов являются: n семантическое содержание; n технология использования; n носитель информации; n технические характеристики. 23
Семантическое содержание По семантическому или смысловому содержанию различают массивы: n информации, необходимой для поддержания заданных эксплуатационных характеристик ЭВМ, - подпрограмм операционной системы и тестовых программ; n типовых программ, используемых для решения на ЭВМ ряда различных задач, составляющих так называемую библиотеку стандартных программ; n программ, используемых для решения на ЭВМ индивидуальных задач; n данных, обрабатываемых на ЭВМ и использования в процессе функционирования АСУ. 24
По технологии использования все информационные массивы делят на входные, выходные и внутренние. Входные и выходные информационные массивы АСУ определяются внешними связями системы в целом. n Входные массивы содержат исходные и текущие данные, а также запросы на решение задач. n Выходные информационные массивы обычно определяются условиями, содержащимися в технических заданиях на разработку АСУ, и содержат информацию, выводимую из ЭВМ и предназначенную для дальнейшего использования. 25
Внутренние информационные массивы подразделяют на: n постоянные, n вспомогательные, n промежуточные, n текущие, n служебные. 26
Постоянные массивы (или массивы постоянных данных) формируют до начала функционирования системы обработки данных. Они содержат директивные, нормативные, справочные и другие, редко меняющиеся сведения. n Информация, хранящаяся в постоянных массивах, составляет информационный базис системы. Поскольку эта информация имеет важное значение и время ее хранения велико, необходимо выбирать надежные носители и надлежащие условия и методы хранения, использования и контроля содержания массивов, обеспечивающие сохранность и достоверность данных, а также обеспечивать резервирование постоянных массивов. 27
Вспомогательные массивы n Вспомогательные массивы являются производными от постоянных, их получают из последних не расчетами, а логическими преобразованиями (сортировкой, объединением, выделением и др. ). Вспомогательные массивы позволяют использовать наиболее рациональные варианты обработки данных, при реализации которых почему-либо неудобны постоянные массивы. 28
Промежуточные массивы n Они содержат информацию, которая возникает на стыке различных задач или этапов решения одной задачи как результат предыдущего расчета и как исходный материал для последующего. 29
Текущие массивы n Они содержат переменную рабочую информацию о состоянии управляемого объекта или процесса во времени, а также о самом процессе управления. Характер возникновения, движения, хранения, контроля и подготовки этой информации своеобразен и существенно отличается от характера аналогичных процедур с информацией вышеуказанных массивов. Данные, из которых формируют текущие массивы, поступают или непрерывно в реальном времени, или пакетами в определенные или случайные моменты времени. 30
Служебные массивы n Они содержат информацию, необходимую для переработки всех вышеназванных массивов (программы ЭВМ, каталоги систем информационных массивов и стандартных программ, трансляторы, всевозможные машинные справочники и др. ). 31
Состав и структура математического и программного обеспечения n Под математическим обеспечением АСУ называют совокупность математических методов, моделей и алгоритмов для решения задач и обработки информации с применением вычислительной техники в АСУ (ГОСТ 19675 -74). n Для реализации математического обеспечения создают программное обеспечение. Программное обеспечение совокупность программ для реализации целей и задач автоматизированной системы управления, обеспечивающих функционирование комплекса технических средств АСУ (ГОСТ 19675 -74). 32
Виды математического обеспечения n Математическое обеспечение (МО) принято делить на общее и специальное. n Общее математическое обеспечение является машинно -ориентированным и реализуется в виде программ операционной системы, управляющих всеми участвующими в решении задач узлами машины и внешними устройствами и обеспечивающих максимальную производительность ЭВМ; системы программирования, а также тестовых и диагностических программ, проверяющих исправность и выявляющих неисправные узлы и блоки оборудования. 33
Специальное математическое обеспечение n Специальное математическое обеспечение является проблемноориентированным и реализуется в виде комплекса программного обеспечения, организующих работу технических средств по выполнению решаемых в АСУ задач. Специальное МО делят на общесистемное и прикладное. 34
Cпецифика ввода АСУ в эксплуатацию n Начиная со стадии разработки технического проекта, каждая очередь АСУ, комплекс задач или отдельные задачи, способны к самостоятельному функционированию, вводятся в эксплуатацию поэтапно, по мере готовности рабочей документации и соответствующих технических средств. 35
Опытная эксплуатация АСУ n Стадия ввода АСУ в эксплуатацию включает в себя опытную эксплуатацию отдельных задач и их комплексов и прием их в промышленную эксплуатацию после проведения приемно-сдаточных испытаний. n В промышленную эксплуатацию всю систему принимают после завершения приема в эксплуатацию всех комплексов задач. n Одной из важных особенностей ввода системы в эксплуатацию является наличие некоторого периода, в течение которого осуществляется параллельная работа существующей системы управления и АСУ. 36
Правовые вопросы разработки и эксплуатации АСУ n К специфическим для АСУ вопросам относятся, например, условия придания юридической силы документам, полученным с помощью вычислительной техники; порядок получения и использования информации от автоматизированных информационносправочных систем и т. п. n К общим правовым вопросам относятся законы, указы и постановления органов исполнительной и законодательной власти, приказы, инструкции и другие акты министерств и вышестоящих организаций, относящиеся к вопросам организации и функционирования АСУ. 37
Правовые вопросы разработки и эксплуатации АСУ n Совокупность норм, выраженных в нормативных актах, устанавливающих и закрепляющих организацию АСУ, их цели, задачи, структуру и функции, правовой статус и регламентирующих процессы их создания и функционирования называют правовым обеспечением АСУ. n Нормативные акты, регулирующие вопросы, относящиеся к организации и функционированию всех АСУ, составляют общую часть правового обеспечения, а акты, регулирующие специфические вопросы организаций и функционирования конкретной системы - локальную его часть. 38
Автоматизированная система контроля насосной внешней откачки 39
Проектные решения автоматизированной системы контроля насосной станции При проектировании системы проектировщик должен предусмотреть контроль следующих параметров: n мониторинг технологических параметров НА; n автоматическое управление вх. и вых. задвижками трубопроводов; n контроль заданного давления в вых. трубопроводе и автоматическое поочередное отключение насосных агрегатов внешней откачки в случае его превышения; n сравнение измеренных значений с уставками, формирование сигналов управления исполнительными механизмами, выдачу предупредительной и аварийной сигнализаций; n формирование оперативных данных, аварий, таблиц и их документирование. 40
Системы измерительные для объемно-массового учета жидкостей 41
Проектные решения к измерительным системам для объемно-массового учета жидкостей При проектировании системы проектировщик должен предусмотреть контроль следующих параметров: n измерения уровней различных жидких продуктов; n измерения уровней раздела сред многофазных жидкостей; n измерения температуры среды в одной или нескольких точках; n индикации избыточных давлений в газовых подушках резервуаров; n измерения гидростатических давлений; n измерения объемов жидкостей, плотностей и масс жидкости с использованием градуировочных таблиц резервуаров; n задания программируемых уставок со световой и/или звуковой сигнализацией; n осуществления цифрового обмена по последовательному интерфейсу с ЭВМ верхнего уровня. 42
Проектные решения к АСУ резервуарного парка Система должна обеспечивать измерение следующих технологических параметров: n n n измерение текущего уровня и температуры жидких и сыпучих продуктов; измерение температуры жидких продуктов в нескольких определенных по высоте точках; измерение гидростатического давления в резервуаре; передачу информации о состоянии контролируемых объектов на верхний уровень. ввод параметров настройки измерительного комплекса (градуировочных таблиц резервуаров, коэффициентов объемного расширения резервуара и продукта и т. д. ); 43
Проектные решения к АСУ резервуарного парка n автоматическое отслеживание аварийных ситуаций и выдачу n n n предупреждающих сообщений о переходе уровней нефтепродуктов через предельно допустимые значения; хранение полученных данных в течение установленного периода времени; представление полученных данных в графической и текстовой форме; формирование отчетов и вывод их на печать (периодически или по запросу оператора); расчет текущего объема нефтепродуктов в резервуарах; настройку параметров средств измерений с учетом технологических параметров резервуаров. n В системе должен предусмотрен алгоритм управления запорной арматурой согласно технологического регламента. 44
Резервуарный парк 45
АСУ резервуарного парка Кроме АСУ резервуарные парки должны оборудованы следующими системами: n -установками автоматического пенного пожаротушения; n - установками подстойного пожаротушения; n -стационарными системами охлаждения поверхности стенок резервуаров в виде колец орошения (разделенные полукольцами и секторами на карты орошения стенок); n -автоматической пожарной сигнализацией; n -газоуравнительной системой с установленными на ней огнепреградителями; n -дыхательными клапанами, с установленными на них огнепреградителями ; n -молниезащитой. 46
Автоматизация пенного пожаротушения n Система должна обеспечивать: • включение насосов подачи воды в резервуары для хранения противопожарного запаса воды из системы водоснабжения НПС; • автоматическое, дистанционное и местное включение насосов подачи воды и пенообразователя; • автоматическое включение резервных насосов с электроприводом в случае отказа в работе рабочего насоса или невыхода его на режим в течение установленного времени; • автоматическое селективное открытие запорной арматуры на линиях подачи пены к защищаемым объектам; 47
Автоматизация пенного пожаротушения n • местное управление устройствами компенсации утечки раствора пенообразователя из трубопроводов и емкостей; • отключение автоматического пуска насосов; • сигнализацию минимального давления в напорной сети водопровода и раствора пенообразователя; • автоматический контроль исправности системы пожарной сигнализации; • автоматический контроль аварийного уровня воды и температуры в резервуарах пожарного запаса и уровня пенообразователя в резервуарах для пенообразователя; • снятие звуковой и световой сигнализации. 48
Проектные решения по газоуравнительным системам n Резервуарные парки состоят из резервуаров, как правило, объединенных в группы, систем трубопроводов и других сооружений. n Для сокращения потерь нефтепродуктов при их откачке и закачке группы резервуаров со стационарными крышами проектировании необходимо предусмотреть газоуравнительные системы. n Эти системы представляют собой сеть газопроводов, соединяющих через огнепреградигели паровоздушные пространства резервуаров между собой. 49
Газоуравнительные системы 50
Огнепреградители ОП 51
Молниезащита n Основное устройство молниезащиты — молниеотводы. Они предназначены для отвода в землю атмосферного электричества при прямом ударе молнии, а также для постепенного уменьшения заряда облака. Молниеотводы состоят из трех частей: молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Молниеприемник — металлический стержень, закрепленный над защищаемым объектом, заземлитель — устройство, служащее для отвода тока в землю, токоотвод — проводник, соединяющий молниеприемник с заземлителем. 52
Описание пожара на ЛПДС Конда (электронный адрес: - режим доступа: http: //www. sznro. ru/assets/files/publications/22. konda_22. 08. 2009. kak_i_poc hemu_eto_proizoshlo. pdf) n 22 августа 2009 г в резервуарном парке ЛПДС «КОНДА» «Урайского УМН» ОАО «СИБНЕФТЕПРОВОД» произошло возгорание РВС № 7. n Возможной причиной пожара в резервуаре явилось прямое попадание в него грозового разряда, в результате которого произошел взрыв в паровоздушном пространстве резервуара, что привело к частичному разрушению и смещению крыши и воспламенению паров нефти. n Подобные пожары от проявлений атмосферного электричества происходили на резервуарах в Тюменской области в 1979 г. на насосной станции «Торгили» , в 1990 г. на ЛПДС «Каркатеевы» , варианты их развития описаны в пособии ФГУ ВНИИПО МЧС России «Тушение нефти и нефтепродуктов» , 1996 г. 53
Пожар в РВС-7 54
Последствия пожара на ЛПДС Конда 55
Выводы и предложения по пожару (Из отчета МЧС от 25. 09. 2009 г. ) Объекты ЛПДС оборудованы системами: n автоматической пожарной сигнализации; n системой автоматического пожаротушения (газовое пожаротушение, пенное пожаротушение, модули порошковые); n системами оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре; n системой автоматического пенного пожаротушения. n Кроме того, все РВС хранения нефти оборудованы системой неавтоматического подслойного пожаротушения от передвижной пожарной техники. 56
Причина пожара n Возможной причиной пожара в резервуаре РВС № 7 явилось прямое попадание в него грозового разряда, в результате которого произошел взрыв в паровоздушном пространстве резервуара, что привело к частичному разрушению и смещению крыши и воспламенению паров нефти. 57
Рекомендации n Пересмотреть свод правил СП 4. 13130. 2009 в отношении нормирования расстояний между соседними надземными резервуарами в сторону увеличения не менее 1, 5 D РВС; n Разработать мероприятия по соблюдению правил пожарной безопасности персоналом; n Пересмотреть объемы воды и пенообразователя. 58
Принятые меры по пожару 24. 08. 2009 года следственным комитетом следственного управления при прокуратуре ХМАО-Югры возбуждено уголовное дело № 200901521/27 по ч. 3 ст. 217 УК РФ. 59
Возможные причины разряда молнии на РВС n Молниеотводы должны быть обязательно изолированы от защищаемого сооружения или выполняться отдельно стоящими, т. е. это устройство, служащее для отвода тока в землю. n Такая конструкция создает на молниеприемнике – металлическом стержне, потенциал равный потенциалу земли, т. е. 0 В. n Защищаемые молниеприемником, РВС имеют на металлической поверхности потенциал, которых наводится системой ЭХЗ и статическим зарядом нефти. n При такой схеме защиты, разряд молнии вероятнее будет происходить на заряженные конструкции, а не на молниеприемник с нулевым потенциалом. 60
Вероятные источники наведения потенциала в РВС Электрохимическая защита n Электрохимическая защита от коррозии подземного трубопровода заключается в катодной поляризации трубопровода, при степени поляризации МН равной – 0, 85 m. В, которая замедляет скорость коррозии. n Из-за некачественного заземления, а порой из-за нарушений требований электрохимзащиты, возникают блуждающие токи на площадке с резервуарами и наведение неравномерного потенциала на стенках РВС. 61
Электрохимическая защита 62
Фланцевое соединение трубопровода n Для предотвращения попадания потенциала ЭХЗ трубопровода на технологию резервуарного парка трубопровод разделяют изолирующим фланцевым соединением. 63
Наведенный потенциал на стенке РВС n Научно-инженерным центром «Надежность и ресурс больших систем машин» Уральского отделения РАН в свое время проводились измерения наведенного потенциала в резервуарном парке N- управления магистральных нефтефтепроводов. 64
Статическая зарядка нефти 65
Нейтрализатор статического электричества 66
Распределение заряда во внутренней полости РВС n Заряд нефти, поступающей в резервуар, распределен по объему неравномерно. Это связано с релаксацией заряда на заземленные стенки конструкции. Поэтому, чем дальше рассматриваемый объем нефти от стенки резервуара, тем больше заряд в объеме. Кроме того, на поверхности нефти заряд релаксирует медленнее (особенно приближении уровня к кровле резервуара) в связи с влиянием большой величины емкости между поверхностью нефти и кровлей. 67
Распределение заряда во внутренней полости РВС n На поверхности нефти в наиболее удаленной точке от стенок резервуара накапливается большой заряд, который создает электрическое поле между этой точкой поверхности нефти и заземленными стенками резервуара. По мере накопления заряда растет напряженность электрического поля вплоть до значения равного величине, при которой начинается разряд, который в конечном счете может воспламенить пары нефти. 68
Распределение заряда во внутренней полости РВС 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Все перечисленные источники электричества в конечном счете наводят потенциал на конструкции РВС; n РВС-20 000 м. куб. ; n Высота резервуара – 12 м; n Диаметр резервуара - 46 м; n Площадь зеркала горючего - 1632 м. кв. 70
Скачать презентацию Автоматизированное проектирование систем управления технологическими процессами Особенности построения
Проетирование АСУ.ppt