Системы промышленной автоматизации от идеи до внедрения

Эффективность разработки и внедрения Автоматизированных Систем Управления Технологическими Процессами. Часть 2

27.02.2017

Обзор АСУТП (часть 2).

…Все будет. Только когда ты решишься на это...
…Всё можно сделать лучше, чем это делалось до сих пор...

(Генри Форд)




Сегодня вопросы связанные с повышением эффективности бизнеса обсуждаются на всех уровнях и в различных форматах. Экономика и рациональность – основные критерии при принятии решении о применении той или иной технологии в производстве или системе управлении. Если же процесс производства сложный и не одноэтапный, то цель применения технологий – оптимизация ресурсов (материальных, человеческих). И вот именно в этот момент появляется вопрос: а надо ли предприятию создавать или модифицировать Автоматизированную Систему Управления Технологическим Процессом (далее по тексту - АСУТП)? Как посчитать эффективность и целесообразность? А что предприятие получит дополнительно от создания/модернизации АСУТП? На эти вопросы мы постараемся ответить.

Структурно, АСУ ТП можно представить в виде пяти составных модулей:

  • блока технических средств;

  • информационного обеспечения;

  • программного обеспечения;

  • организационного обеспечения;

  • оперативного персонала.

В первой части публикации мы рассмотрели первые три из пяти модулей. Давайте продолжим.

Организационное обеспечение – описание функциональной, технической и организационной структур, инструкции и регламенты для оперативного персонала. Оперативный персонал – технологи-операторы, осуществляющие управление ТОУ (технологическим объектом управления), эксплуатационный персонал, обеспечивающий заданное функционирование системы в целом. Функции АСУ ТП довольно обширны и зависят от конкретного объекта автоматизации. Однако все эти функции принято делить на три категории: информационные, управляющие и вспомогательные функции АСУ ТП.

К информационным относят функции главным содержанием которых является сбор, предварительная обработка, хранение, передача и представление информации пользователям в удобном для них виде. Пользователями могут быть люди, а также различные функциональные задачи.

В состав типовых информационных функций АСУ ТП входят:

  • Сбор информации о технологических параметрах и состоянии оборудования;

  • Фильтрация входных сигналов от высокочастотных помех измерения;

  • Пересчет сигналов в физические величины;

  • Контроль технологических параметров на физическую достоверность, на соответствие технологическому регламенту, на достижение аварийных границ;

  • Косвенные измерения параметров (получение оценки технологического параметра, который непосредственно не измеряется в результате математической обработки измеряемых сигналов, функционально связанных с этим параметром). Примером косвенных измерений является оценка концентрации серной кислоты по результатам измерения её плотности и температуры;

  • Оценка состояния оборудования;

  • Ручной ввод информации в систему с использованием пульта оператора или клавиатуры;

  • Обмен информацией между вычислительными средствами АСУ ТП (контроллеры, станции распределенной периферии, рабочие и инженерные станции, серверы);

  • Формирование и выдача сигналов световой и звуковой сигнализаций; Визуализация информации в удобном для оперативного персонала виде;

  • Архивирование информации о ходе технологического процесса, о нарушениях технологического регламента, о возникновении аварийных ситуаций;

  • Ведение базы данных реального времени;

  • Подсчет технико-экономических показателей производства; Прогнозирование аварийных ситуаций (например, формируется сообщение: «Температура подшипника растет, через 15 минут будет достигнут максимально допустимый уровень»);

  •  Формирование сменных и суточных отчетов. 

К управляющим функциям АСУ ТП относятся функции, результатами которых является выработка и реализация управляющих воздействий на объект управления. Типовыми управляющими функциями АСУ ТП являются:

  • Определение и реализация оптимального режима функционирования каждого из технологических агрегатов;

  • Стабилизация технологических параметров (давлений, температур, уровней);

  • Программное управление изменением технологических параметров (реализация заданного графика изменения температуры в печи);

  • Поддержание определенного соотношения между параметрами (например, соотношение газ/воздух на горелке, соотношение руда/вода в мельнице мокрого самоизмельчения);

  • Логическое управление оборудованием (например, при достижении заданного уровня воды в емкости №1, выключить насос №1, включить нагреватель емкости №1, проверить уровень в емкости №2, если он ниже нормы, включить насос №2);

  • Пуск и остановка отдельных агрегатов и технологической линии в целом;

  •  Аварийное отключение (например, отсечка подачи газа на горелку при снижении давления в газовой магистрали, продувка камеры сгорания воздухом);

  • Выдача оператору рекомендаций по управлению процессом (например, «Рекомендуется снизить подачу руды в мельницу на 25 т/час из-за угрозы завала»).

Вспомогательные функции АСУ ТП состоят в контроле функционирования технических и программных средств самой системы автоматизации. Контроллеры, станции распределенной периферии, панели оператора, инженерные станции, SCADA - системы имеют в своем составе развитые средства диагностики.

Существует 3 уровня функционирования системы АСУ ТП на предприятии, условно их можно разделить на: нижний, средний и верхний.

На нижнем уровне происходит сбор информации о состоянии объекта управления и выработка управляющих воздействий на него. К нижнему уровню относятся датчики, счетчики, преобразователи, клапаны и т.д., то есть все, что непосредственно контактирует с объектом управления.

На среднем уровне происходит сбор информации с нижнего уровня, ее обработка в соответствие с необходимыми критериями и передача информации на регулирующие элементы АСУ ТП. Технически работу среднего уровня АСУ ТП обеспечивают программируемые логические контроллеры (ПЛК), которые являются своеобразным мозгом АСУ ТП.

На верхнем уровне происходит визуализация технологического процесса, здесь могут быть изменены параметры и установки ТП. Наблюдение и управление ТП происходит с помощью компьютеров с установленными на них программными продуктами (SCADA-системами). Очевидно, что АСУ ТП индивидуальны для каждого предприятия, поскольку изначальные данные, цели создания АСУ ТП, сами технологические процессы (их построение, материальная база, объем и частота процессов и т.д.) различаются у всех клиентов. Как пример, можно привести, что два завода, производящих одинаковую продукцию, и имеющих идентичное оборудование, могут иметь абсолютно разные системы управления, различные технико-экономические показатели, основанные на персональных потребностях, специфики региона, а так же ряде иных факторов, влияющих на персонализацию процесса управления.

Точно также очевидно, что создание АСУ ТП требует специальных знаний, в том числе для проектирования и внедрения АСУ ТП. Процесс создания АСУ ТП можно разделить на следующие этапы:

  • Обследование объекта автоматизации;

  • Разработка концепции автоматизации, технических требований и технического задания на АСУ ТП;

  • Выбор программно-технического комплекса (технических, аппаратных и программных средств) для АСУ ТП;

  • Разработку рабочего проекта АСУ ТП, включая компоновку и планы размещения оборудования, чертежи архитектурно-строительной части, монтажные чертежи, кабельные журналы, спецификации на оборудование и материалы по всем частям проекта, рабочие сметы, сводный сметный расчёт;

  • Разработку алгоритмического обеспечения, включая видеограммы – графическое представление процесса, алгоритмы технологических защит, блокировок, авторегуляторов, сигнализации, шаговых программ (ФГУ), информационно-расчётных задач;

  • Разработку проекта программно-технического комплекса (ПТК);

  • Заводские испытания и поставку ПТК;

  • Обучение персонала;

  • Строительные и электромонтажные работы (с привлечением субподрядчиков при необходимости), технический надзор за реализацией проекта АСУ ТП;

  • Пуско-наладочные работы;

  • Приёмо-сдаточные испытания и ввод АСУ ТП в опытно промышленную эксплуатацию, а позднее и в промышленную эксплуатацию;

  • Гарантийное и постгарантийное сопровождение.

Таким образом, процесс создания АСУ ТП требует от предприятий не только приобретения технических средств и программного обеспечения, но также требует привлечение подрядчика, который окажет следующие виды услуг:

  • спроектирует АСУ ТП для предприятия (в том числе определит перечень необходимых программных и технических средств),

  • разработает планы размещения оборудования, внешние виды шкафов управления,

  • разработает алгоритмы и всю необходимую информацию для обслуживающего персонала,

  •  выполнит поставку и качественную сборку элементов АСУТП, согласно проекта,

  • осуществит строительные и электромонтажные работы на объекте – важный и ответственных этап работ по созданию систем АСУТП. Работы должны выполняться квалифицированным и опытным персоналом

  • произведёт внедрение и настройку АСУ ТП - пуско-наладочные работы на предприятии (в том числе осуществление работ по установке необходимых программных и технических средств, и д.р.),

  • организует обучение персонала Заказчика и обслуживание системы АСУ ТП на предприятии и т.д.

Естественно, что, в зависимости от компетенций сотрудников компании-заказчика, перечень работ может изменяться, однако чаще всего компании проектировщики АСУ ТП осуществляют полный цикл инжиниринговых работ описанных выше.

Оперативный персонал. Оперативный персонал можно разделить на две категории: Оперативный технологический персонал – люди, которые непосредственно следят за технологическим процессом, рабочие и мастера смены, кто «стоит у станка», и оперативный технический персонал – обслуживающий технологическое оборудование и поддерживающий его в исправном техническом состоянии.

В не зависимости от технологического процесса, и масштабов производства, 1-я категория присутствует всегда, оперативный технический персонал, это те люди, для кого и создаётся визуализация, чей труд и призвана упростить и обезопасить автоматическая система управления. Для наиболее эффективного взаимодействия с АСУТП, к оперативному технологическому персоналу предъявляются следующие требования: знание ПК, прохождение обучения, знание технологического процесса.

С оперативным техническим персоналом дела обстоят немного иначе. Возможно несколько вариантов технического обслуживания:

  1. Технический персонал находится в аутсорсинге, и инжиниринговая кампания, проектирующая и монтирующая АСУТП осуществляет техническое обслуживание оборудования, в этом случае для заказчика нет никаких дополнительных требований к техническому персоналу, а обучение, аттестация и повышение квалификации персонала ложится на инжиниринговую кампанию.

  2. Технический персонал входит в штат предприятия, в этом случае, к нему предъявляется ряд требований, но должен пройти соответствующее обучение, иметь навыки и знания, для обеспечения надлежащего обслуживания и ремонта аппаратной части АСУТП. (мин. 3-я группа по электробезопасности, высшее или среднеспециальное техническое профильное образование, пройти соответствующие обучения и т.д.)

  3. Гибридный вариант первых двух. Когда наряду со штатным техническим персоналом, в техническом обслуживании принимают участие специалисты инжиниринговой компании. В данном случае объёмы предоставляемых услуг, как и квалификация штатного персонала будут носить индивидуальный характер и определятся договором.

Внедрение АСУТП процесс творческий, позволяющий объять множество сторон, и может затрагивать задачи различной сложности, от установки локального регулятора, на каком-то отдельном этапе технологического шага, до Системы Автоматического Управления Предприятием.

Перед автоматизацией всегда ставится несколько целей ведь, наряду с экономической составляющей (повышение качества готовой продукции, сокращение логистических и технологических затрат, внедрения принципа прослеживаемой материалов и сырья и т.д.), во многих случаях, на многих стадиях технологических процессах присутствие человека просто невозможно. Это характерно, например для химической, газоперерабатывающей, металлургической промышленности. Либо быстродействия человека недостаточно, для корректного управления процессом. В подобных ситуациях наличие АСУТП не только желательно, а просто необходимо.

Применение автоматизации, наряду с устойчивостью управления техпроцессом, даёт так же ряд, возможно не столь очевидных, но немаловажных преимуществ, таких как:

a. 100% учет входного сырья

b. 100% прослеживаемость вверх до потребителя и вниз до поставщика, как готовой продукции, так и сырья и вспомогательных материалов, что позволяет в случае возникновения отклонений быстро определить, что стало причиной отклонения и выяснить где сейчас находятся все произведенные продукты, в которых возможно отклонение и т.д.

c. Минимизация уровня брака готовой продукции цехов изготовителей

d. Планирование ремонтов без ущерба плану производства

e. Контроль сроков ремонта

f. Минимизация простоев

g. Оптимизация складских запасов/ повышение оборачиваемость ТМЦ

h. Экономия сырья

i. Повышение качества готовой продукции

j. Снижение объемов рекламации

k. Снижение себестоимости

l. Повышение производительности труда

m. Сокращение влияния человеческого фактора на конечный продукт

n. Аналитическая составляющая (формирование и предоставление в наглядной форме технико-экономических показателей, графиков, отчётов, архивация данных и т.д.).

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ ….

Гредников Сергей Борисович
Директор по развитию
ООО «ВПА»