2.2. Описание функций проектируемой системы
Рассмотрим подробно функции автоматизированной системы управления
оборудованием по добыче нефти.
Функции ПО сервера ввода/вывода:
получение от нижнего уровня системы автоматизации данных по
технологическим параметрам и состоянию оборудования;
выдача на нижний уровень системы автоматизации команд управления,
уставок регулирования и уставок предельных значений для аналоговых
сигналов.
Функции ПО сервера приложений:
обеспечение возможности для разработки, развертывания,
обслуживания и администрирования распределенных приложений
промышленной автоматизации;
защита информации от несанкционированного доступа;
формирование команд управления, а также информации об их
исполнении;
автоматическое формирование оперативных сообщений и звуковой
сигнализации на основе анализа аварийных и предупредительных сигналов.
Функции ПО сервера истории:
формирование и ведение архивов;
восстановление базы данных при ее нарушении;
ведение протоколов аварийных сообщений.
Функции ПО web-сервера:
размещение архивных данных;
размещение данных, полученных в режиме реального времени;
обеспечения доступа к данным при помощи стандартного браузера.
2016. – № 2. – С. 34а–37.
35
Функции ПО АРМ оператора (технолога, главного технолога,
диспетчера):
отображение на экране дисплея (с возможностью вывода на печать)
видеокадров со значениями измеряемых параметров и сигналов состояния в
виде мнемосхем, таблиц трендов, журналов и отчетов с использованием
общепринятых обозначений и цветового кодирования информации;
формирование уставок технологических параметров;
автоматическое обновление на экране с заданной периодичностью
значений измеряемых параметров и сигналов состояний;
предоставление информации об отработке команд аварийной защиты.
Функции ПО панели оператора:
автоматическое формирование оперативных сообщений (звуковой
сигнализации) на основе анализа аварийных и предупредительных сигналов;
отображение на экране дисплея видеокадров со значениями
измеряемых параметров и сигналов состояния в виде мнемосхем, таблиц
трендов, журналов и отчетов с использованием общепринятых обозначений и
цветового кодирования информации;
автоматическое обновление на экране с заданной периодичностью
значений измеряемых параметров и сигналов состояний;
предоставление информации об отработке команд аварийной защиты;
защита информации от несанкционированного доступа.
Функции ПО центрального процессора:
регулирование параметров технологического процесса по уставкам от
оборудования верхнего уровня АСУ ТП;
сбор и обработка информации от модулей ввода-вывода;
анализ входных данных, формирование блока данных для передачи на
верхний уровень АСУ ТП;
формирование и выдача на исполнительные механизмы выходных
сигналов по заложенным алгоритмам;
синхронизация времени с верхним уровнем АСУ ТП;
36
выполнение расчетных функций;
выполнение алгоритмов противоаварийной защиты и блокировок.
При потере питания от одного источника с его последующим
восстановлением не должны выдаваться ложные команды или ложная
информация.
Информация об аварийных ситуациях в ПТК должна автоматически
отображаться на дисплеях АРМ, а также записываться и храниться на жестких
дисках.
При отказе и последующем восстановлении работоспособности
локальной сети должен автоматически восстанавливаться обмен информацией.
При включении ПТК, должно быть обеспечено отображение состояния
тех сигналов устройств, текущее состояние которых доступно по чтению из
устройств посредством базового ПО SCADA системы
31
.
Текущие значения параметров отображать на мнемосхемах в числовом
виде рядом с обозначением параметра и наименованием единицы измерения.
На изображениях резервуаров, для увеличения наглядности индикации,
необходимо вывести дополнительно отображение текущего уровня продукта в
виде столбика с динамически меняющейся высотой
32
.
Цвет фона и текста параметра процесса изменяется при появлении
предупреждений по этому параметру. Возможные комбинации цвета текста и
фона необходимо дополнительно согласовывать.
При щелчке указателем мыши по полю отображения параметра
необходимо предусмотреть появление панели подробных данных по параметру.
На этой панели должно отображаться как само значение параметра, так и вывод
в виде столбца, значения нижних и верхних технологических и аварийных
уставок, индикаторы активности их контроля, а также индикаторы
31
Крылов А. Г. Внедрение ЧРЭП на магистральных насосов нефтеперекачивающих станций как способ
повышения энергоэффективности на объектах нефтепроводного транс-порта [Текст] / А. Г. Крылов, Д. С.
Фокин // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. – 2015. – Т. 1. № 1. – С.
47–51.
32
Схиртладзе А.Г. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учебник. - Ст. Оскол:
ТНТ, 2013. - 600 c.
37
срабатывания каждого из них, кнопка квитирования предупреждения для
данного параметра и другие необходимые функциональные кнопки.
Необходимо предусмотреть вызов из панели данных:
текущего тренда;
архивного тренда;
основную мнемосхему;
панель отладочных данных;
окно программного модуля, обрабатывающего данный параметр
(должна быть доступна только для администратора).
В этой панели администратором может устанавливаться или сниматься
слежение за аварийными уровнями, устанавливаться значения уставок
предупреждений.
Текущий тренд отображает данные только после его вызова. В окно
тренда выводить и цифровое значение.
Окончательные (рабочие) видеокадры системы управления должны
соблюдать принцип пропорциональности.
Оборудование (насосы, задвижки, регуляторы) изображать на
мнемосхемах в виде графических образов, соответствующим условному
обозначению этого оборудования.
Состояние оборудования отображать цветом образа. Рядом с
графическим изображением самого механизма необходимо предусмотреть
графическое или текстовое обозначение режима управления, назначение
механизма и т.д.
Одни и те же параметры и оборудование могут отображаться на
нескольких экранах для представления оператору все информации для каждого
конкретного экрана
33
.
33
Сабитов А.Ф., Сафина И.А. Идентификация динамических характеристик авиационных датчиков
температуры газов // Приборы и методы измерений. – 2016. – Т. 7, № 2. – С. 211–218.
38
Для всех механизмов, так же как и для датчиков, должно быть доступным
окно с более подробной информацией и кнопками управления, вызвать которое
можно щелкнув мышью по изображению механизма.
Система визуализации должна отслеживать изменения состояния
оборудования и выход значений параметров за технологические или аварийные
пределы и сигнализировать оператору об этом в виде текстовой, световой и
звуковой сигнализации.
Звуковую сигнализацию производить прерывистым звонком, который
начинает звучать сразу, как только поступил тревожный сигнал от параметра
или механизма. Сброс звуковой сигнализации производится щелканьем мыши
по кнопке "Сброс звука" на экране
34
.
Управление звуковым сигналом реализовать на ЭВМ оператора, звук
должен поступать через звуковые колонки.
При изменении световой сигнализации рядом с параметром необходимо
предусмотреть мигающий желтый индикатор с целью привлечь внимание
оператора. При изменении состояния одновременно у нескольких объектов
световая сигнализация появится рядом с каждым из них. Световая
сигнализация не пропадает при сбросе звуковой сигнализации. После сброса
звонка оператор может просмотреть, что именно произошло, ориентируясь по
световой сигнализации.
Выход параметра за технологический или аварийный предел отображать
также в виде изменения цвета поля параметра на мнемосхеме. Нормальное
значение параметра отображается черными цифрами на светло-сером фоне.
При выходе за технологический предел фон поля менять на жёлтый. После
выхода за аварийный предел параметр отображается жёлтыми цифрами на
красном фоне. В случае отсутствия сигнала от датчика фон параметра
34
Хоанг В.В., Кузищин В.Ф., Мерзликина Е.И. Применение алгоритма автоматической настройки для АСРС
ПИД-регулятором и предиктором Смита при наличии помех // Математические методы в технике и
технологиях ММТТ – 28: сб. тр. XXVIII междунар. науч. конф. – Т. 8. – Саратов, 2015. – С. 197-200.
39
становится сиреневым. При возврате в нормальный диапазон цвет поля
возвращается к нормальному
35
.
Возможно, что изменившееся состояние оборудования или параметр не
отображаются на мнемосхеме, которая выведена на дисплей. Для привлечения
внимания оператора и ускорения определения, что именно произошло, кнопки
для переходов между мнемосхемами в верхней части экрана имеют цветные
индикаторы, которые отображают возникновение и/или наличие неполадок у
оборудования или параметров, принадлежащих этой мнемосхеме.
При нормальном состоянии процесса эти индикаторы невидимы, но они
возникают и начинают мигать при обнаружении неполадки на участке. Таким
образом, система визуализации сигнализирует оператору о необходимости
обратить внимание на данный участок, даже если он в это время вывел на экран
другую мнемосхему.
Журналы тревог должны позволить оператору просмотреть текущие
изменения в системе, отображенные в виде текстовых сообщений. Необходимо
предусмотреть 3 варианта журнала тревог:
журнал оперативных тревог внизу экрана, отображающий
появляющиеся новые тревоги оператору для квитирования;
журнал текущих тревог, отображающий все имеющиеся на текущий
момент тревоги (квитированные и не квитированные) (вызывается нажатием
кнопки в правом верхнем углу экрана);
журнал событий (вызывается с экрана «Система»).
Журналы оперативных и текущих тревог в данной программе
визуализации должны дублировать информацию, которая выдается цветом
оборудования, параметров и кнопок. Но сообщения, формирующиеся для них,
одновременно записываются в журнал событий для последующего анализа.
Экранная форма для поверки измерительных каналов должна быть
выполнена в виде таблицы и содержать следующую информацию: тег,
35
Маршалов Е.Д. Экспериментальное исследова-ние датчиков температуры // Труды VI Междунар. науч.-техн.
конф. «Электроэнергетика глазами молодежи». В 2 т. Т. 2. – Иваново, 2015. – С. 341–342.
40
наименование измерительного канала, текущее установившееся значение в
кодах АЦП, миллиамперах токового сигнала, технологических единицах.
Выбор цветов для отображения текущих, аварийных параметров должен
быть обусловлен эргономичностью и принятым нормам в данной отрасли.
Рекомендуется применять, например, следующие цветовые решения для
мнемознака агрегата:
зеленый – включен;
желтый – отключен;
голубой – находится в режиме «автоматический резервный»;
красный – аварийное отключение защитой агрегата;
зеленый пульсирующий (через белый) – включается;
желтый пульсирующий (через белый)- отключается;
коричневый – отключен, находится в режиме «ремонт »;
наличие напряжения в схеме управления – обозначается
дополнительным знаком рядом с мнемознаком агрегата (зеленый – есть
напряжение, красный – нет напряжения).
Система должна постоянно контролировать состояние входящих в ее
состав контроллеров и процесса обработки данных и алгоритмов в них и на
рабочих станциях, и при обнаружении неисправностей формировать
сигнализацию об этом и регистрацию событий в журнале системы.
Индикатор текущего состояния системы следует расположить справа
внизу экрана и при нормальной работе системы он мигать не должен.
Появление мигания индикатора сигнализирует об обнаружении неисправностей
на одном из узлов системы. При щелчке мышью по индикатору открывается
окно статуса узлов с индикацией состояния каждого узла. Имеются
дополнительные кнопки вызова диагностики системы на окне статуса узлов и
на экране «Система».
В случае отказа контроллера поля индикации всех параметров,
обрабатываемых контроллером, и изображения механизмов закрасить
сиреневым цветом.
41
В журнал событий системы визуализации предусмотреть автоматическое
занесение информации о событиях во время её работы:
запуск системы;
выход из системы;
изменение состояния оборудования;
выход технологических параметров за технологические или аварийные
пределы и возврат в них;
коррекция уставок и параметров, влияющих на функционирование
системы.
Данные хранить в течение интервала времени, определяемого заказчиком,
после чего самые старые данные затираются. На основе данных журнала
событий формируются:
список наиболее приоритетных тревог внизу экрана дисплея;
журнал текущих тревог;
экран просмотра журнала событий, вызываемый с экрана «Система».
Список неквитированных тревог служит для вывода оператору текстовых
сообщений о появляющихся новых тревогах с тем, чтобы они могли оценить
изменение ситуации на объекте и квитировать (подтвердить) тревогу. Факт и
время квитирования тревоги оператором фиксируются в протоколе работы
системы визуализации.
При появлении тревоги должен возникнуть цветной мигающий
индикатор с левого угла экрана. При наличии нескольких тревог порядок
расположения их индикаторов слева направо определяется временем её
появления.
Внутри индикатора необходимо поместить текстовое обозначение
программного модуля, вызвавшего тревогу. Справа от каждого индикатора
расположить небольшую кнопку, которой можно вызвать появление строки
параметров тревоги под строкой индикаторов. Обычно там выводится
информация по самому левому индикатору. При щелчке по самому индикатору
42
происходит вызов мнемосхемы, соответствующей тревоге, и панели для
параметра/механизма, к которому относится тревога.
Одновременно с появлением сообщения о тревоге должна появляется
световая сигнализация на самом технологическом параметре. При появлении
тревожных и аварийных сообщений срабатывает звуковая сигнализация.
Тревожное сообщение, а также мигающая световая сигнализация рядом с
параметром/механизмом и на кнопке мнемосхемы не исчезнет до тех пор, пока
оператор не квитирует сообщение (подтвердит, что он принял его во внимание).
Журнал текущих тревог служит для вывода оператору текстовых
сообщений о текущих действующих тревогах, как квитированных, так и не
квитированных. Журнал выдаётся в поле мнемосхем на дисплее.
Экран текущих тревог содержит все действующие тревоги системы.
При просмотре журнала событий системы на экран вызывается полный
список всех событий, зарегистрированных системой. В начало списка
выводятся сообщения о наиболее «свежих» событиях. Выше списка событий
поместить ряд кнопок для настройки и управления списком.
Человеко-машинный интерфейс системы управления должен
регистрировать и хранить определенное время следующую информацию об
объекте:
Значения технологических параметров с интервалом не менее 10 сек. Эти
данные должны быть доступны к просмотру и распечатке в виде графиков, при
этом быть защищены от модификации;
Сообщения о смене состояния оборудования, выходах параметров за
пределы и возвращении в норму.
Выше приведенные данные должны позволить производить анализ
развития событий в случае аварий или проводить анализ хода технологического
процесса.
Система должна позволять оператору дистанционно управлять
механизмами технологического процесса с экрана монитора. При этом
учитывается состояние ключей выбора режима управления и набор блокировок
43
для каждого механизма. Система должна также выполнять автоматический
останов механизмов в случае активизации условий блокировок.
Все действия оператора должны проверяться на корректность для
исключения аварийных ситуаций при ошибочном воздействии со стороны
оператора посредством предупреждений, в которых будут изложены
возможные последствия этих действий, по умолчанию после появления
предупреждения должна следовать отмена этого действия.
2.3. Расчет регулятора
В рассмотренном технологическом процессе имеется несколько контуров
регулирования, расчет одного из них представлен в данном разделе. Одним из
наиболее важных технологических параметров является перепад давления
нагнетателя, так как именно эти показания характеризуют текущую
производительность агрегата и, тем самым задают частоту вращения. Это
позволяет достичь необходимой степени нагрузки агрегата, обусловленной
режимом работы.
Для проведения процесса регулирования в контуре в качестве
управляющего устройства используется регулятор, его параметры (настройки)
для обеспечения необходимого качества управления и устойчивой работы
контура при любых режимах могут быть рассчитаны тем или иным методом.
Расчеты выполняются, если известна передаточная функция объекта.
2.3.1 Определение передаточной функции объекта
В процессе синтеза системы автоматического регулирования большое
значение имеет такой фактор, как правильная идентификация объекта
управления. Существуют различные методы получения модели объекта. К
объекты может быть приложено ступенчатое изменение входного воздействия
44