Функции верхнего уровня АСУ ТП (Прадо-Шляпцев)

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.

Виды блокировок:

- Механическая;

- Электромеханическая;

- Электромагнитная;

Механическая блокировка – это блокировка непосредственного действия, которая может быть выполнена на близко расположенных аппаратах. Например, блокировка разъединителя со своим выключателем в КРУ выполняется в виде запирающей рукоятки, когда при включенном положении выключателя запирается разъединитель и оперировать им не разрешается. Точно таким же образом выполнена механическая блокировка заземляющих ножей со своим разъединителем (когда разъединитель включен, заземляющие ножи надежно заперты рукоятками). Такая блокировка применяется в РУ до 220кВ. Достоинство этой блокировки – простота, недостаток – узкая область применения, может быть выполнена только на близко расположенных аппаратах.

Электромеханическая блокировка более сложная, она применяется в тех случаях, когда есть только дистанционное управление аппаратами со щита управления. Эта блокировка состоит из целого комплекса замков на ключах управления, каждый из которых имеет свои секреты. Открываются эти замки своими ключами только в том случае, если операции с данным аппаратом оперативная блокировка разрешает. Эта блокировка достаточно надежная, однако у нее есть один недостаток – она может быть выполнена только при отсутствии местного управления и только в пределах одной ячейки или системы шин.

Электромагнитная блокировка лишена всех этих недостатков. Она универсальна и может охватывать любое количество присоединений на любой по площади территории. Она условно надежна. Недостатком можно считать наличие длинных кабелей, плохая регулировка контактов КСА разъединителей и ножей, обрывы в кабельных жилах.