Структурные схемы измерения и управления

На структурной схеме отображаются в общем виде основные решения проекта по функциональной, организационной и технической структурам АСУ ТП с соблюдением иерархии системы и взаимосвязей между пунктами контроля и управления, оперативным персоналом и технологическим объектом управления. Принятые при выполнении структурной схемы принципы организации оперативного управления технологическим объектом, состав и обозначения отдельных элементов структурной схемы должны сохраняться во всех проектных документах на АСУ ТП, в которых они конкретизируются и детализируются в: функциональных схемах автоматизации, структурной схеме комплекса технических средств (КТС) системы, принципиальных схемах контроля и управления, а также в проектных документах, касающихся организации оперативной связи и организационного обеспечения АСУ ТП.

Исходными материалами для разработки структурных схем являются:

а)              задание на проектирование АСУ ТП;

б)              принципиальные технологические схемы основного и вспомогательных производств автоматизируемого технологического объекта;

в)              задание на проектирование оперативной связи подразделений автоматизируемого технологического объекта;

г)               генплан и титульный список автоматизируемого технологического объекта.

Структурная схема разрабатывается на стадиях «проект» и «рабочий проект». На стадии «рабочая документация» при двухстадийном проектировании структурная схема разрабатывается только в случае изменений технологической части проекта или изменения решений по АСУ ТП, принятых при утверждении проекта автоматизации.

В качестве примера на рисунке 9 приведена структурная схема управления сернокислотным производством (автоматизированная система).

На структурной схеме показывают:

а)         технологические подразделения автоматизируемого объекта (отделения, участки, цехи, производства);

 Рисунок 9 – Фрагмент структурной схемы управления и контроля сернокислотным производством:

1 – линия связи с цеховой химической лабораторией; 2 – линия связи с пунктами контроля и управления кислотным участком; 3 – линия связи с пунктом контроля и управления III и IV технологическими линиями.

б)         пункты контроля и управления (местные щиты, операторские и диспетчерские пункты и т.п.), в том числе не входящие в состав разрабатываемого проекта, но имеющие связь с проектируемыми системами контроля и управления;

в)          технологический (эксплуатационный) персонал и специализированные службы, обеспечивающие оперативное управление и нормальное функционирование автоматизируемого технологического объекта;

г)          основные функции и технические средства (устройства), обеспечивающие их реализацию в каждом пункте контроля и управления;

д)         взаимосвязь подразделений автоматизируемого технологического объекта, пунктов контроля и управления и технологического персонала между собой и с вышестоящей автоматизированной системой управления (АСУ).

Элементы структурной схемы изображаются, как правило, в виде прямоугольников. Отдельные функциональные службы [отдел главного энергетика (ОГЭ), отдел главного механика (ОГМ), отдел технического контроля (ОТК) и т.п.] и должностные лица (директор, главный инженер, начальник цеха, начальник смены, мастер и т.п.) допускается изображать на структурной схеме в виде кружков с буквенным обозначением внутри.

Внутри прямоугольников, изображающих участки (подразделения) автоматизируемого объекта, раскрывается их производственная структура. При этом выделяются цехи, участки, технологические линии либо группы агрегатов для выполнения законченного этапа технологического процесса, которые являются существенными для раскрытия в документах проекта всех взаимосвязей между управляемой (технологическим объектом управления) и управляющей системами.

На схеме функции АСУ ТП могут указываться в виде условных обозначений, расшифровка которых дается в таблице на поле чертежа (табл. 1).

Таблица 1 – Функция АСУ ТП и их условные обозначения на рисунке 8

Наименование элементов производственной структуры должны соответствовать технологической части проекта и наименованиям, используемым при выполнении других документов проекта АСУ ТП.

Взаимосвязь между пунктами контроля и управления, технологическим персоналом и объектом управления изображается на схеме сплошными линиями. Слияние и разветвление линий показываются на чертеже линиями с изломом (рис. 9).

При наличии аналогичных технологических объектов (цехов, отделений, участков и т.д.) допускается раскрывать на схеме структуру управления только для одного объекта. Об этом на схеме даются необходимые пояснения.

Из структурной схемы на рисунке 9 следует, что система управления основными технологическими процессами сернокислотного производства четырехуровневая:

1. первый уровень – местное управление агрегатами, осуществляемое аппаратчиками с рабочих постов;
2. второй уровень – централизованное управление несколькими агрегатами, входящими в тот или иной технологический участок, осуществляемое старшим аппаратчиком;
3. третий уровень – централизованное управление несколькими участками, входящими в I и II (или III и IV) технологические линии сернокислотного производства;
4. четвертый уровень – управление с диспетчерского пункта всеми технологическими линиями сернокислотного производства, осуществляемое диспетчером.

Структурные схемы выполняются, как правило, на одном листе. Таблица с условными обозначениями (табл. 1) располагается на поле чертежа схемы над основной надписью. При большом числе условных обозначений продолжение таблицы помещают слева от основной надписи с тем же порядком заполнения.

Текстовую часть, помещенную на поле чертежа, располагают над основной надписью. Между текстовой и основной надписями не допускается помещать изображения, таблицы и т.п. Пункты пояснительного текста должны иметь сквозную нумерацию. Каждый пункт записывают с красной строки. Заголовок «Примечание» не пишут. В тексте и надписях не допускаются сокращения слов, за исключением общепринятых.

Размеры всех условных изображений не регламентируются и выбираются по усмотрению исполнителя с соблюдением одинаковых размеров для однотипных изображений.

В настоящее время для технологического контроля и автоматического управления широкое применение находят агрегатированные системы средств телемеханики, комплексы технических средств локальных измерительных и управляющих систем, агрегатированные системы контроля и регулирования, цифровые централизованные (SCADA-системы) и др. Такие комплексы выполняются на базе электронной вычислительной машины в специальном защищенном исполнении, как правило, имеющие «на борту» встроенные средства хранения данных, видео- и аудио-выходы, стандартный набор средств обмена цифровыми данными (USB, COM, LPT, RS-232, LAN-контроллеры, модемы и т.п.), а также небольшое количество каналов аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей и дискретных входов и выходов. Эти устройства позволяют реализовать практически любой закон управления, алгоритмы всевозможных преобразований и алгоритмы формирования управляющих воздействий.

Комплексные системы позволяют реализовать следующие основные информационно-вычислительные функции АСУ ТП:

-        сбор, первичную обработку и хранение информации;

-        косвенные измерения параметров процесса и состояния технологического оборудования;

-        сигнализацию состояния параметров технологического процесса и оборудования;

-        расчет технико-экономических и эксплуатационных показателей технологического процесса и технологического оборудования;

-        подготовку информации для вышестоящих и смежных систем и уровней управления;

-        регистрацию параметров технологического процесса, состояний оборудования и результатов расчета;

-        контроль и регистрацию отклонений параметров процесса и состояния оборудования от заданных;

-        анализ срабатывания блокировок и защит технологического оборудования;

-        диагностику и прогнозирование хода технологического процесса и состояния технологического оборудования;

-        оперативное отображение информации и рекомендаций ведения технологического процесса и управления технологическим оборудованием;

-        выполнение процедур автоматического обмена информацией с вышестоящими и смежными системами управления.

  На базе мини-ЭВМ реализуются управляющие вычислительные комплексы (УВК), выполняющие различные функции, в том числе:

-             регулирование отдельных параметров технологического процесса;

-             однотактное логическое управление;

-             каскадное регулирование;

-             многосвязанное регулирование;

-             программные и логические операции дискретного управления процессом и оборудованием;

-             оптимальное управление установившимся режимом технологического процесса и работы оборудования;

-             оптимальное управление переходным процессом;

-             оптимальное управление технологическим объектом в целом.

В проекте автоматизации необходимо произвести выбор и компоновку агрегатированных комплексов технических средств и средств автоматизации, т.е. на базе типовых технических средств разработать структурную схему технологического контроля и управления определенными параметрами данного объекта автоматизации.

На структурной схеме агрегатированные и модульные элементы комплекса технических средств и средств автоматизации изображают в виде прямоугольников с указанием в них условных обозначений. Расшифровка этих обозначений с указанием их функций производится в таблице, помещенной на чертеже схемы. Связь между элементами схемы изображается линиями со стрелками, показывающими направление прохождения сигналов.

В качестве примера на рисунке 10 приведена упрощенная структурная схема технического обеспечения АСУ ТП доменной печи №9 Криворожского металлургического завода, построенная с использованием средств УВК. Доменная печь имеет конвейерную систему подачи материалов на колосник. Сбор информации о работе доменной печи, конвейерной системы, шихтоподачи и других систем осуществляется датчиками уровня (ДУ) в шихтовых и датчиками вида материала (ДВМ) в промежуточных бункерах, сигнализаторами (С) наличия и вида материалов на конвейерах переполнения печек и промежуточных воронок, датчиками давления и перепада давления (ДДПД) в отдельных полостях загрузочного устройства, датчиками утла поворота (ДУП) лотка загрузочного устройства, датчиками температуры (ДТ), датчиками расхода (ДР) и др.

Рисунок 10 – Упрощенная структурная схема АСУ ТП доменной печи №9 Криворожского металлургического завода:

ДНМ – датчики наличия материалов; ДУ – датчики уровня; ДВ – датчики массы; АШиК – анализаторы шихты и кокса; ВК – влагомер кокса; ДВМ – датчики вида материалов; ДРЛК – датчики разрыва лент конвейеров; ПВМБ – питатели для выдачи материалов из бункеров; ИМ – исполнительные механизмы; ДТ – датчики температуры; ДДПД – датчики давления или перепада давлений; ДР – датчики расхода; ДВл – датчики влажности; АДиГ – анализаторы дутья и газа; ДУП – датчики угла поворота; ТК – телекамеры; СТ – сигнальное табло; ВП – вторичные приборы; МС – мнемосхемы; КУ – ключи управления; РЗВД – ручные задатчики массы дозы; ЛСДМ – локальные системы дозирования материалов; ЛСР – локальные системы регулирования; БЦИЧ – блок цифровой индикации с частотными вводами; РДЗ – ручные дистанционные задатчики; ЦИ – цифровые индикаторы; ИПМ – индикаторы положения механизмов; ТВ – телевизоры; ЭВМ ШП – электронная вычислительная машина шихтоподачи (управляющая взвешиванием материалов и производительностью тракта ШП), ЦВУ СЦК – цифровое вычислительное устройство системы централизованного контроля (осуществляющее сбор и обработку первичной информации, расчет комплексных и удельных показателей работы печи, автоматическое заполнение отчетных документов); БЦР – блок цифровой регистрации; БЦИД – блок цифровой индикации с дискретными вводами; ЭВМ УХДП – электронная вычислительная машина, управляющая тепловым состоянием и ходом печи; ИТ – информационные табло; I – первый этап внедрения (пусковойкомплекс); II и III – соответственно второй и третий этапы внедрения.

Обработка и предоставление информации, стабилизация или изменение по заданной программе технологических параметров, ввод информации в УВМ и вывод рекомендаций по управлению ходом доменной печи и другие операции осуществляются с помощью технических средств централизованного контроля и управления работой доменной печи.

При разработке проектов автоматизации сложных технологических процессов с использованием агрегатированных комплексов вычислительной техники, требующих предварительного проведения научно-исследовательских экспериментальных работ в условиях действующего оборудования в период освоения проектных мощностей, следует предусматривать поэтапное выполнение монтажных работ и включение УВК в работу.

В общем случае можно рекомендовать следующее поэтапное включение УВК в работу:

1)         пуск объекта с технологическим контролем и автоматическим управлением от локальных систем регулирования; в этот период уточняются динамические и статические характеристики объекта, устраняются ошибки монтажа и проекта, возможные дефекты технологического оборудования, стабилизируется технологический процесс и т.п. Отрабатываются программы и алгоритмы на УВМ без их подключения к действующему технологическому оборудованию;

2)         подключение УВМ к действующему технологическому оборудованию и включение ее в режим «советчика» с выдачей эксплуатационному персоналу рекомендаций по управлению ходом работы доменной печи;

3)         включение УВМ в режим автоматического управления объектом через системы локального регулирования.

При необходимости в проектах автоматизации приводятся структурные схемы отдельных комплексов технических средств и средств автоматизации.