Функции верхнего уровня АСУ ТП (Прадо-Шляпцев)

Версия 21:30, 16 июня 2015

АСУ ТП: верхний уровень

Верхний уровень автоматической системы управления обеспечивает широкие возможности визуализации и взаимодействия системы АСУ ТП с человеком (диспетчером или оператором).
В первую очередь программное обеспечение и оборудование верхнего уровня реализует информационные функции (сбор, обработку, хранение и выдачу информации по требованию оператора).
При этом в систему поступает не только информация о параметрах технологических процессов, и моментах срабатывания автоматики безопасности, но также информация о внешнем вмешательстве персонала в работу установки.
Кроме этого, с помощью программного обеспечения верхнего уровня осуществляется дистанционное управление оборудованием БСУ и настройка параметров системы управления.
Субстратом визуализации технологических процессов, которые происходят на предприятии, является система компьютеров и специализированных мониторов. На мониторах отображаются изменения параметров и этапы срабатывания оборудования.
Количество параметров, которые выводятся на мониторы, частота изменения данных на мониторах и другие параметры программируются индивидуально, в зависимости от потребностей конкретного производства.
Верхний уровень АСУТП представлен автоматизированными рабочими местами оператора-технолога.

На верхнем уровне реализуются следующие функции:

- Визуализация состояния технологических объектов управления в реальном масштабе времени;
- Задание требуемых режимов технологического процесса и ввод данных;
- Сигнализация отклонений технологического процесса от регламентных значений;
- Визуализация данных об истории процесса;
- Печать сообщений о нарушениях и технологических режимов;
- Регистрация в базе данных предыстории значений технологических переменных во времени;
- Регистрация в базе данных сообщений о системных и технологических нарушениях;
- Регистрация в базе данных действий оперативного персонала;
- Формирование и печать отчетных документов. Требования к функциям АСУТП.

Масштабируемость

Масштаби́руемость — в электронике и информатике означает способность системы, сети или процесса справляться с увеличением рабочей нагрузки (увеличивать свою производительность) при добавлении ресурсов (обычно аппаратных).
Масштабируемость — важный аспект электронных систем, программных комплексов, систем баз данных, маршрутизаторов, сетей и т. п., если для них требуется возможность работать под большой нагрузкой.
Система называется масштабируемой, если она способна увеличивать производительность пропорционально дополнительным ресурсам. Масштабируемость можно оценить через отношение прироста производительности системы к приросту используемых ресурсов. Чем ближе это отношение к единице, тем лучше.
Также под масштабируемостью понимается возможность наращивания дополнительных ресурсов без структурных изменений центрального узла системы.

В системе с плохой масштабируемостью добавление ресурсов приводит лишь к незначительному повышению производительности , а с некоторого «порогового» момента добавление ресурсов не даёт никакого полезного эффекта.

Вертикальное масштабирование — увеличение производительности каждого компонента системы с целью повышения общей производительности. Масштабируемость в этом контексте означает возможность заменять в существующей вычислительной системе компоненты более мощными и быстрыми по мере роста требований и развития технологий. Это самый простой способ масштабирования, так как не требует никаких изменений в прикладных программах, работающих на таких системах.

Горизонтальное масштабирование — разбиение системы на более мелкие структурные компоненты и разнесение их по отдельным физическим машинам (или их группам), и (или) увеличение количества серверов, параллельно выполняющих одну и ту же функцию. Масштабируемость в этом контексте означает возможность добавлять к системе новые узлы, серверы, процессоры для увеличения общей производительности. Этот способ масштабирования может требовать внесения изменений в программы, чтобы программы могли в полной мере пользоваться возросшим количеством ресурсов.

Сигнализация

Важной частью любой АСУ ТП является подсистема человеко-машинного интерфейса (ЧМИ).
Именно наличие интерфейса "человек-машина" отличает автоматизированные системы управления (АСУ) от систем автоматического управления (САУ). Включение человека в контур управления фактически означает невозможность или практическую нецелесообразность полной автоматизации технологического процесса.
В то время как качество работы САУ определяется в основном эффективностью алгоритмов и надежностью программно-аппаратного обеспечения, безотказная и продуктивная работа АСУ ТП во многом зависит от корректности действий операторов-технологов.
В свою очередь скорость,точность и безошибочность работы оператора АСУ самым непосредственным образом зависят от продуманности человеко-машинного интерфейса.
Как раз на уровне этой связи зачастую проявляется пресловутый "человеческий фактор", влияние которого может приводить к неприятным и даже подчас катастрофическим последствиям.

Одной из наиболее важных функций систем ЧМИ является информирование оператора о событиях, требующих его вмешательства.
В английском языке для обозначения данного функционала существует устоявшийся термин alarm, наиболее адекватным русским переводом которого можно считать вариант "сигнализация", хотя в узкопрофессиональной среде в последнее время все чаще можно услышать калькированное слово "аларм".
По определению, предложенному международной ассоциаций по стандартизации ISA, сигнализация (alarm) — это звуковое или визуальное средство оповещения оператора о неполадках оборудования, отклонениях в ходе технологического процесса или нештатной ситуации, требующей вмешательства.

На подсистему сигнализации возлагается две основные задачи:

1. Привлечь внимание оператора к факту наступления события, требующего необходимости вмешательства в работу системы управления.
2. Дать оператору начальную информацию об этом событии для анализа ситуации и последующего принятия решений.

Дополнительно подсистема сигнализации может протоколировать в электронном или бумажном виде факты и время включения, отключения и квитирования (подтверждения оператором) каждого срабатывания сигнализации.
На сегодняшний день подсистемы ЧМИ используют два канала восприятия человека — зрение и слух.

В зависимости от особенностей технологического объекта и режима работы для привлечения внимания оператора могут использоваться разнообразные средства:

Вывод сообщения на экран компьютера или операторской панели, изменение цвета элементов мнемосхемы, включение ламп сигнализации или проблесковых маячков, а также генерация звукового сигнала на компьютере или с помощью специальных устройств.
Системы управления географически распределенными объектами могут извещать операторов посредством отправки коротких сообщений на GSM- или DECT-телефоны.

Для решения второй задачи — начального информирования оператора — преимущественно используется канал визуального восприятия, на который приходится по оценкам разных исследователей от 80 до 90 процентов всей воспринимаемой человеком информации. Информирование оператора путем воспроизведения голосовых сообщений в общем случае менее эффективно за счет низкой "пропускной способности" аудиального канала восприятия.

Программно-технические решения.

В случае отсутствия в АСУ развитого ЧМИ функции подсистемы сигнализации обычно решаются с помощью отдельных устройств оповещения: ламп, звонков, сирен, ревунов, постов сигнализации. Российская промышленность много лет производит подобные устройства. Они отличаются высокой надежностью, широким диапазоном рабочих условий, устойчивостью к внешним воздействиям, но имеют ограниченную функциональность и довольно архаичный дизайн.

Западные производители помимо подобных аварийных извещателей часто применяют устройства сигнализации обобщенного состояния производственных линий и машин. Они позволяют оператору издали с одного взгляда определить общий статус каждого функционально выделенного узла объекта управления.

Данные устройства имеют модульную конструкцию и выполняются в виде наборной "башни" или "колонны". Элементы сигнальной колонны обеспечивают постоянную или мигающую световую сигнализацию различного цвета, звуковую сигнализацию, кодируемую тоном и формой сигнала, и даже могут самостоятельно отправлять SMS-сообщения на сотовые телефоны стандарта GSM.

Блокировка

При описании алгоритмов управления систем АСУ ТП, для более качественного разделения управляющих алгоритмов от функций защит, правильным тоном является отдельное описание логики блокировок и защит, которая имеет высший приоритет над действиями оператора системы и алгоритмами автоматического управления.

Блокировка – это запрет какого-либо действия над устройством. Например открыть клапан можно, а закрыть уже нельзя.

Защиты – это прямое действие над объектом. Случилось превышение уровня в емкости, следовательно должен быть выключен насос.

Деблокирование - снятие блокировки.

Распределительные устройства должны быть оборудованы оперативной блокировкой неправильных действий при переключениях в электрических установках (сокращенно — оперативной блокировкой), предназначенной для предотвращения неправильных действий с разъединителями, заземляющими ножами*, отделителями и короткозамыкателями.

Оперативная блокировка должна исключать:

- Подачу напряжения разъединителем на участок электрической схемы, заземленной включенным заземлителем, а также на участок электрической схемы, отделенной от включенных заземлителей только выключателем;
- Включение заземлителя на участке схемы, не отделенном разъединителем от других участков, которые могут быть как под напряжением, так и без напряжения;
- Отключение и включение разъединителями токов нагрузки.

Оперативная блокировка должна обеспечивать в схеме с последовательным соединением разъединителя с отделителем включение не нагруженного трансформатора разъединителем, а отключение — отделителем.
На заземлителях линейных разъединителей со стороны линии допускается иметь только механическую блокировку с приводом разъединителя.