65
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ АСУ ТП РАЗДЕЛЕНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
3.1. Разработка проекта АСУ ТП разделения атмосферного воздуха
В работе за основу взят комплекс технических средств фирмы
«Yokogawa Electric» (Япония), который позволяет обрабатывать десятки тысяч
сигналов одновременно, это позволит в дальнейшем производить управление
технологическими процессами всего завода одной системой.
Произведем подбор контроллеров для организации распределенной
системы управления и противоаварийной автоматики. [31]
В качестве основного блока системы CENTUM CS3000 выбрана
дублированная полевая станция управления типа AFV10D (FCS0201). В
станции управления устанавливаются корзины под модули ввода/вывода
ANB10D. [34]
КТС ПАЗ организован на базе технических средств системы ProSafe-RS
фирмы «Yokogawa Electric» (Япония). Система ПАЗ, построенная на базе
программно-технического комплекса повышенной надежности, предназначена
для предотвращения аварийных ситуаций и реализации функций
автоматического перевода технологического процесса и оборудования в
безопасное состояние. В качестве основного блока системы ProSafe-RS выбран
дублированный блок управления безопасности типа SSC50D (SCS0202) с
дублированными интерфейсными блоками. В блок управления
устанавливаются блоки узла безопасности под модули ввода/вывода SNB10D.
[35]
Технические характеристики станции управления CENTUM CS3000 и
ProSafe-RS отвечают всем требованиям, предъявляемым к системе с точки
зрения функциональных возможностей реализации любых для данного класса
объектов задач управления.
66
Данным проектом предусмотрена защита технических средств от
внешних электрических и магнитных полей и помех по цепям питания. Для
этих целей применяются специальные решения аппаратные и схемные
решения: [29]
− гальваническая развязка технических средств от технологического
оборудования;
− применение узлов «защиты от дребезга» и узлов «защиты от
перенапряжения»;
− применение экранированных пар для передачи электрических
сигналов;
− фильтрация помех;
− применение ПТС с высокой повышенной помехозащищенностью.
Для обеспечения взрывозащиты применяются барьеры искрозащиты,
которые предотвращают возможность возникновения опасных значений силы
тока и напряжения, способных вызвать искрообразование или нагрев
электрооборудования, расположенного в опасной зоне. [30]
В проектируемой АСУ ТП обеспечивается внешняя и внутренняя
грозозащита для защиты от выбросов напряжения при ударе молнии. Внешняя
грозозащита включает в себя все оборудование, используемое на наружной
стороне мест размещения ПТС АСУ ТП для разряда молнии на землю.
Внутренняя грозозащита включает в себя меры, принимаемые для того, чтобы
противодействовать молнии и воздействиям ее электрического и
электромагнитного полей на металлические корпуса и электрические системы
внутри мест размещения ПТС АСУ ТП. [36]
В проектируемой АСУ ТП цеха предусмотрена защита информации от
несанкционированного доступа. Меры по обеспечению защиты информации от
несанкционированного доступа основываются на комплексном подходе, при
котором реализуется оптимальное функционирование человека, технических и
программных средств. При этом должны соблюдаться базовые условия
информационной безопасности: [31]
67
− целостность данных – защита от сбоев, несанкционированного
создания, изменения или уничтожения;
− конфиденциальность информации;
− доступность для всех допущенных пользователей.
В проектируемой АСУ ТП цеха для защиты информации от
несанкционированного доступа реализовываются следующие функции: [31]
− аутентификация пользователей (ограничение доступа посредством
паролей);
− отключение нежелательных пользователей;
− контроль и разграничение доступа к данным и функциям системы
управления в зависимости от предоставленных прав;
− протоколирование доступа и выполняемых команд.
В проектируемой АСУ ТП цеха для защиты информации предусмотрено
предотвращение таких действий, как:
− несанкционированный доступ посторонних лиц и
несанкционированная передача
− управляющих воздействий на технологический процесс;
− несанкционированная модернизация баз данных, документов и
отчетности;
− ознакомление сотрудников организации с информацией, к которой
они не должны
− иметь доступ, в зависимости от уровня полномочий;
− случайное или умышленное уничтожение информации;
− несанкционированное копирование программ и данных;
− заражение и возможное разрушение информации вирусными
программами.
Отдельные пользователи или группы пользователей имеют доступ
только к определенным областям, которые проектируются при
конфигурировании структуры системы управления. [31]
68
В системе будут предусмотрены следующие группы прав доступа:
− административного контроля;
− контроля и управления;
− диагностики и контроля над работой системы;
− технического обслуживания.
В режиме административного контроля пользователь может
просматривать все видеограммы о процессе, но все операции с процессом
блокированы. Это позволит пользователям получать полную информацию о
процессе, но его контроль останется у оперативного персонала.
В режиме контроля и управления доступны основные операции по
управлению процессом открыть/закрыть, включить/выключить, изменение
режима работы ручной/автоматический, изменение уставки регулятора и т.д.).
В режиме диагностики и контроля над работой системы доступны
операции диагностики протокола обмена, слежения за событиями,
происходящими во время работы программного обеспечения, останова
системы. Также, в режиме диагностики доступны внутренние события системы,
позволявшие отследить и понять причины формирования определенных команд
и событий.
В режиме технического обслуживания разрешены все операции по
администрированию системы, кроме непосредственного управления
технологическим процессом. [37]
Защита устанавливается для пользователей или групп пользователей с
помощью системы кодов. Пользователям присваивается комбинации кодов
защиты, позволяющие предоставлять каждому пользователю доступ к
различным наборам возможностей по контролю и управлению
технологическим процессом. Для каждого пользователя определяется
регистрационное имя и пароль. [32]
В системе предусмотрены следующие группы пользователей:
− операторов технологических установок;
69
− инженеров по автоматизированным системам управления
технологическими процессами;
− инженеров-электронщиков;
− старших операторов;
− начальников смены;
− начальников установок.
Доступ к данным сопровождается вводом пароля, который определяет
права доступа пользователя. При регистрации пользователя с соответствующим
регистрационным именем и паролем выполняется проверка назначенных ему
прав доступа. В результате пользователь будет обращаться к областям и
функциям в соответствии с его правами доступа. [32]
В проектируемой системе обеспечивается протоколирование в
определенной форме действий производственного персонала, осуществляемых
при управлении технологическим процессом (переход из автоматического
управления в ручное, квитирование сообщений о нарушениях процесса,
изменение настроек контуров регулирования, изменение состояния
оборудования и т.д.). [36]
Такое решение позволит более точно определять причины аварий и
сбоев в технологическом процессе участка. Формирование единого журнала
событий технологического процесса и действий производственного персонала в
хронологической последовательности позволит восстановить всю картину
произошедшего. При необходимости, протокол может печататься для
предъявления в контролирующие органы.
Пароли должны быть известны самому пользователю и
соответствующим ответственным лицам. Пользователи и указанные лица не
имеют права разглашать пароли и должны нести ответственность за
несанкционированное изменение соответствующих данных. Все внесения
изменений в систему безопасности должны производиться только по
письменному разрешению руководства цеха. [32]
70
Должен вестись журнал регистрации изменений информационного и
программного обеспечений. Такое решение позволит вернуть систему в
исходное состояние после обновления какого-либо компонента. Поскольку
разрабатываемая системы является уникальной, нет гарантий что обновления
компонентов будут проверяться на совместимость разработчиками. В этом
случае, подобное обновление приведет к несовместимости компонентов
программного обеспечения участка. Благодаря журналу, систему можно будет
легко вернуть в исходное состояние и отправить разработчикам подробную
информацию о причине сбоя для внесения изменений.
Проектируемая АСУ ТП цеха относится к системам длительного
пользования, элементы которой являются восстанавливаемыми и
обслуживаемыми. Надежность системы обеспечит выполнение всех
информационных и управляющих функций, а также функций безопасности в
пределах, заданных техническим заданием.
Надежность системы характеризуется показателями безотказности,
ремонтопригодности и долговечности согласно ГОСТ 24.701-86 и
соответствовать требованиям надежности согласно ПБ 09-540-03.
Для обеспечения надежности КТС подсистемы СУ и ПАЗ будут
запитаны от источников бесперебойного питания (ИБП) с тем, чтобы функции
управления и защиты выполнялись системой при сбоях электроснабжения.
Системы бесперебойного электропитания обеспечат функционирование СУ и
ПАЗ в течение 60 мин после пропадания электропитания на входе ИБП. [33]
В качестве основного блока системы CENTUM CS3000 выбраны
станции управления типа AFV10D с дублированными процессорами, блоками
питания процессоров, шинами передачи данных по сети Vnet/IP. В дополнение
к станции управления устанавливаются блоки ввода/вывода ANB10D с
дублированными блоками питания и модулями ESB шины передачи данных.
В качестве основного блока системы ProSafe-RS выбран дублированный
блок управления безопасности типа SSC50D (SCS0202) с дублированными
71
интерфейсными блоками. В блок управления устанавливаются блоки узла
безопасности под модули ввода/вывода SNB10D.
Станции управления AFV10D-S41201 и SSC50D-S2121 предназначены
для 19'' монтажа и имеют в своем составе 2 модуля процессора, 2 блока питания
процессора, 2 модуля ESB шины.
В проектируемой АСУ ТП обеспечивается аппаратное и программное
дублирование основных модулей.
Аппаратное дублирование – это физическое дублирование основных
модулей:
− модулей процессора;
− блоков питания процессора, блоков ввода/вывода;
− модулей ESB шины;
− интерфейсных модулей.
Программное дублирование обеспечивается логикой прикладной
программы, которая выбирает модуль/канал источника и приёмника сигнала.
Программное дублирование применяется в тех случаях, когда нет технической
возможности реализовать аппаратное дублирование или дублируются
измерительные/управляющие каналы.
Программное обеспечение системы CENTUM CS3000 автоматически
обеспечивает безударный перевод работы на резервные модули при аппаратном
дублировании, при программном дублировании эта задача решается
прикладной программой.
Диагностические средства CENTUM CS3000 фиксируют изменение
состояния любого модуля, а аппаратные позволяют заменять вышедшие из
строя модули без отключения питания с полевой станции управления, что
значительно сокращает время восстановления оборудования и повышает
надежность. [38]
В блоки ввода/вывода станций управления могут устанавливаться
различные типы модулей ввода/вывода. В проектируемой АСУ ТП применены
ниже перечисленные блоки и модули:
72
− ANB10D – блок ввода/вывода для установки аналоговых, дискретных
и интерфейсных модулей ввода/вывода. В блок ввода/вывода можно установить
до восьми модулей ввода/вывода;
− AAI141-H – модуль аналогового входа (вход от 4 до 20 мА, 16-
канальный, неизолированные каналы, поддержка HART-протокола);
− AAI143-H – модуль аналогового входа (вход от 4 до 20 мА, 16-
канальный, изолированные каналы, поддержка HART-протокола);
− AAI543-Н – модуль аналогового выхода (выход от 4 до 20 мА, 16-
канальный выход, изолированные каналы);
− ADV161 – модуль дискретного входа (64-канальный, изолированные
каналы);
− ADV569 – модуль дискретного выхода (64-канальный, изолированные
каналы);
− ALR121 – интерфейсный модуль RS-422/RS-485.
− Для блока управления безопасности применены ниже перечисленные
блоки и модули:
− SNB10D – блок ввода/вывода для узла безопасности. В блок
ввода/вывода можно установить до восьми модулей ввода/вывода;
− SAI141 – модуль аналогового входа (вход от 4 до 20 мА, 16-
канальный, общая изоляция);
− SDV144 – модуль дискретного входа (16-канальный, общая изоляция);
− SDV541 – модуль дискретного выхода (16-канальный, общая
изоляция).
Полевые станции управления с интерфейсными модулями будут
устанавливаться в системные шкафы двухстороннего обслуживания 19''
монтажа фирмы RITTAL. Размер шкафов составляет 800Wx2100Hx800D мм.
Кроме станций управления с интерфейсными модулями, в этих шкафах
будут установлены блоки вентиляторов FAN, автоматические выключатели для
отключения на профилактику полевой станции управления и интерфейсных
модулей.
73
Реле и искробезопасные барьеры будут устанавливаться в кроссовые
шкафы двухстороннего обслуживания фирмы RITTAL размером
800Wx2100Hx800D мм. Схема внешних подключений представлена в
приложении В, на рисунке В.1.
В шкафах будут установлены источники питания 24 В постоянного тока
для питания барьеров искробезопасности и реле, блоки вентиляторов FAN, а
также, автоматические выключатели для отключения на профилактику
источников питания 24 В постоянного тока.
В шкафах устанавливаются источники питания модели QUINT-PS-100-
240AC/24DC/20 и QUINT-PS-100-240AC/24DC/10 фирмы Phoenix contact. Для
повышения надежности источники питания соединены параллельно. Мощность
источников выбрана с таким расчетом, чтобы обеспечить нормальную работу
запитываемых модулей при работе одного из них.
Для обеспечения гальванической развязки аналоговых и дискретных
сигналов в проектируемой АСУ ТП применяются следующие модели
искробезопасных барьеров фирмы MTL:
− MTL4544 – повторитель источника питания, 2-х канальный;
− MTL4549Y – изолирующий модуль, 2-х канальный;
− MTL4516C – интерфейсный модуль датчика контактного
типа/датчика положения, 2-х канальный;
− MTL4516 - интерфейсный модуль датчика контактного
типа/датчика положения, 2-х канальный.
Барьеры искробезопасности устанавливаются на объединительные
платы. В одну объединительную плату можно установить до 16 барьеров [38].
В АСУ ТП применены следующие модели объединительных плат:
− CPY-C3-AAI141-HD – объединительная плата на 16 барьеров;
− CPY-C3-AAI543-HD – объединительная плата на 16 барьеров;
− CPY-C3-ADV161 – объединительная плата на 16 барьеров;
− CPY-RS-AI16-KS – объединительная плата на 16 барьеров;
− CPY-RS-DI16-AKB – объединительная плата на 16 барьеров.
74
Дискретные выходные сигналы имеют гальваническую развязку
системы от «поля», обеспечиваемую модулем релейного выхода SMRO-
16/24VDC-230VAC на 16 каналов фирмы RELPOL. [38]
Провода и кабели будут укладываться в перфорированные кабельные
каналы, расположенные вертикально с двух сторон каждого шкафа.
В качестве средства вычислительной техники на верхнем уровне
системы для АРМ оператора будет использоваться промышленный
персональный компьютер HP Z600 Xeon QC E5620.
АРМ оператора будет оснащено двумя мониторами 22’’ HP TFT
L2245wg, установленными на горизонтальное панорамное крепление. На них
будет отображаться информация о технологическом процессе, о состоянии
оборудования, сообщения оператору. Емкость жесткого диска 500 ГБ позволяет
достаточно долго хранить исторические и архивные файлы.
Распределенность системы управления базируется на каналах
информационной связи и каналообразующих аппаратных средствах. Все
контроллеры, АРМ оператора и инженерная станция объединены по
дублированной сети V-net/IP. Скорость передачи по сети составляет 100
Мбит/с. [38]
Сетевая структура СУ и ПАЗ поддерживается с помощью
резервированных каналов V-net/IP на базе кабеля UTP cable, кат.5e и
коммутатора CISCO Catalyst WS-C2960G-24TC-L. Каналообразующими
средствами являются встроенные порты станций управления и сетевые платы,
установленные в рабочие станции.
Информационная связь с КТС участка окиси этилена базируется на
волоконно-оптических линиях связи.
Машинная информационная база CENTUM представляет собой базы
данных для каждого контроллера и базы данных для каждой станции
оператора. База данных контроллера включает: [39]
− перечень модулей ввода-вывода с сигналами, назначенными
поканально;