АВТОМАТИКА
Современная концепция автоматизации
Нижеследующие тезисы представляютсобой попытку выявить основные черты современной полнофункциональной системыавтоматизированного контроля производственных процессов водопроводной станциистанции. На ВС выработана такая стратегия модернизациисооружений и системы управления, которая будет служить постоянной программойразвития, окажется экономически целесообразной, приведёт, к скорейшемудостижению поставленных целей.
Необходимость ицели модернизации АСУ
К настоящему времени наВС внедрена в эксплуатацию система автоматизированного управлениятехнологическим процессом предприятия, охватывающая все этапы производства исооружения станции. Система обладает следующими характеристиками:
• Осуществляет автоматический сбортехнологических параметров процесса водоочистки, от насосных агрегатов первогоподъема до водоводов идущих в город
• Позволяет задавать режимы работыоборудования и технологические нормы большей части протекающих процессов сконсоли оператора
• Отображает необходимую оперативнуютехнологическую информацию для диспетчеров и специалистов на экране компьютера
• Ведет базу данных некоторыхтехнических параметров производства для последующего анализа, вывода форм ипередачи статистических данных в главную диспетчерскую
• Сигнализирует о наступлении аварийных ситуаций и сбоях в работе контролируемыхсистем
• Имеет несколько уровней контроляпроизводственных процессов в виде последовательно отображаемых на мониторемнемограмм с различной детализацией информации о состоянии сооружений ипротекающих процессах
• Обеспечивает разделение управлениястанцией на центральном и местных диспетчерских пунктах, а также по отдельнымтехнологическим объектам и процессам. Позволяет управлять работой сооружений в автоматическомрежиме, — при помощи микропроцессорных контроллеров системы АСУ или издиспетчерских пунктов, — путем установки параметров технологического процесса.
Серьёзным переработкам подвергся инижний уровень управления. Были заменены или установлены дополнительно приборытехнического контроля, проложены новые кабельные линии связи контроллеров,заменены устаревшие и ненадёжные релейные схемы.
Вместе с тем, в ходеэксплуатации существующей системы АСУ, выявились конструктивные недоработки,узкие места системы; появилось четкое представление о том, какимихарактеристиками и возможностями должна обладать система управлениятехнологическими процессами современного предприятия. Можно говорить оскладывающейся концепции развития системы автоматизированного управленияпроизводством.
Большая часть эксплуатируемого с1991-95 гг. оборудования выработала свой ресурс, что влечет дополнительныерасходы на обслуживание и ремонт системы. Многие узлы управления стыкуются сустаревшим запорным оборудованием или контрольно-измерительным, что приводит кполомкам и искажению поступающих в систему данных. Сбои в системахэлектропитания также являются причиной большой части выходов из строя элементовАСУ. Модернизация и замена устаревшего оборудования необходима.
Но настоящие причины проведениямодернизации системы управления другие. Внедрение АСУ ТП на водопроводнойстанции происходило поэтапно и не изменяло существующей концепции управлениятехнологическим процессом. Существующая система автоматизированного управленияпостроена на основе старой системы ручного управления станцией и унаследовалавсе её особенности и характеристики. По существу система управления станциейосталась прежней, — т.е. административно-иерархической с четким разделениемдолжностных обязанностей и прав. Все что добавила в эту модель АСУ, — этопредоставление большего объема информации для принятия решений персоналом ивозможность функционирования отдельных процессов в режиме автоматическогоуправления. Из-за непрерывно возрастающей сложности АСУ, растет число ошибок всистеме управления. Ни один человек или подразделение на станции уже не могутобладать всей информацией о производственном процессе. Информация при передачеее по звеньям цепи управления искажается, что приводит к ошибкам, как вэксплуатации, так и при планировании развития и модернизации станции. Сама жесистема автоматизированного управления все еще раздроблена и ориентирована нарешение локальных задач управления отдельными сооружениями, но не на управлениепроизводственным процессом в целом. Коренная модернизация АСУ ТП потребуеткачественного изменения схемы управления.
Переориентация нацентрализованную систему автоматизированного управления предприятием внастоящее время недоступна, как из-за слабой интеграции отдельных компонентовсистемы АСУ, так и из-за, действующей прежней схемы управления и эксплуатацииоборудования. Для того чтобы реализовать иную схему, необходимо разрешить двеосновные проблемы.
Во-первых, должна быть создана единаясреда автоматизированного управления станции. Т.е должна быть реализованавозможность управления всем оборудованием из любого места системы с достаточнойнадежностью и скоростью реакции на происходящие события производственногопроцесса. Требует существенного расширения нижний уровень системы. Все узлыдолжны быть снабжены дополнительными датчиками, позволяющими выяснить исвоевременно устранить причины отказа или сбоя оборудования(датчиками/электропитания, температуры агрегатов, вибродатчиками и пр.).Оборудование АСУ должно быть интегрировано на основе открытых стандартов.Большая часть неисправностей, возникающих регулярно, должна предусматриватьрегулярное совершенствование всех систем вплоть до полного устранения причинэтих неисправностей. В помощь операторам должна быть создана экспертнаясистема, предлагающая решение (переход в режим ручного управления, отключениеопределенного оборудования или схему переключения) на все известные аварийныеситуации. Таким образом, речь идет о реорганизации и расширении существующейАСУ ТП.
Во вторых, необходимо изменить методыэксплуатации оборудования. Необходимо перейти от разделения ответственности ксозданию комплексных, эксплуатирующих оборудование бригад, способных вмаксимально короткий срок решить все вопросы (от организационно-снабженческихдо технических) и устранить любую возникшую неисправность. От разделенияответственности, когда каждый сотрудник отвечает только за свой участок, нужноперейти к общему подряду на эксплуатацию системы в целом. Регламентыобслуживания оборудования должны, например, предусматривать регулярную проверкувсех узлов (от кабельных систем до контроллеров) по самым строгим стандартампри помощи современных диагностических приборов. Этого не будет до тех пор,пока «выгоднее» регулярно ремонтировать оборудование, нежели иметь полностьюисправно работающую систему. Нечто подобное существует в страховой медицине, — клиент платит, пока здоров.
Разумеется, движение всторону создания подобной системы управления будет весьма продолжительным повремени, но цели определены уже сейчас. Эти цели можно сформулировать следующимобразом:
1.Постоянное повышение качества продукции, как основного критерия результатовтруда. Все модернизации необходимо рассматривать в первую очередь именно с этойпозиции.
2.Постепенное устранение недостатков производственной системы. Т.е. плавныйпереход к современному высокотехнологичному производству с непрерывнымулучшением характеристик оборудования и условий труда.
3. Изменение схемы управления на основекомплексного подхода к эксплуатации оборудования.
4.Упрощение процесса модернизации и наращивания системы. Создание «открытой»легко наращиваемой и гибкой системы автоматизированного управления.
5.Повышение управляемости производственным процессом. Легкость обучения ииспользования системы, снижение эксплуатационных затрат как следствиепроводимых изменений.
Все проводимые проектыавтоматизации должны исходить из выше поставленных целей и быть направлены нарешение конкретных задач. К должному результату система может быть приведенатолько в результате ряда последовательных изменений.
Задачимодернизации АСУ.
Задачи очерчивают кругпроблем возникающих по ходу модернизации системы автоматизированногоуправления. В ходе реорганизации всей системы управления технологическимипроцессами необходимо решить
целый ряд связанных между собой задач:
1.Унификация оборудования и управляющих программ;
2.Переход на открытые платформы и стандарты разработки ПО;
3.Создание нового графического, интуитивно-понятного интерфейса;
4.Определение функциональной нагрузки и разработка АРМ персонала;
5.Создание постоянной программы переподготовки персонала;
6.Разработка модели данных технологического процесса, информационной модели;
7.Разработка системы контроля надежности и отработки аварий и сбоев системы;
8.Переработка регламентов периодической проверки и плановых ремонтовоборудования;
9.Оптимизация схемы управления станцией, внедрение автоматического управления;
10.Моделирование объектов и процессов, создание экспертной системы помощиоператору;
11.Замена устаревшего оборудования, внедрение интеллектуальных устройств;
12.Изменение схем подключения оборудования, повышение надежности линий связи;
13.Модернизация локальной вычислительной сети, создание единой сети предприятия;
14.Выход в Интернет/Интранет, публикация информации о станции;
15.Определение границ внедрения и охват АСУ всех объектов управления на станции;
16.Изменение схемы разработки программ, реорганизация работы отдела АСУ;
Этотсписок не полон и может видоизменяться в процессе проработки отдельныхпроектов. Каждый конкретный проект модернизации затрагивает несколько задач врамках общей концепции. Таким образом, перечисленные задачи являются отдельнымиаспектами общего решения.
Характеристика объекта управления АСДКУФ.
Фильтровальные сооружения являются звеньямитехнологической цепи обработки воды на водопроводной станции. Предварительнохлорированная и осветленная в отстойнике вода поступает на фильтрование. Нафильтрах в процессе фильтрования через фильтрующую загрузку происходит удалениеиз воды мелкодисперсной взвеси и коллоидных примесей, не осевших в отстойниках.Профильтрованная вода собирается дренажной системой фильтров и по трубопроводамподается на дальнейшую обработку.
На фильтрах поддерживается скорость фильтрации взависимости от подачи воды в город и от количества работающих фильтров. По меренакопления загрязнений в фильтрующей загрузке увеличивается потеря напора наней и уменьшается скорость фильтрации. По достижении заданной величины потеринапора или заданной минимальной скорости фильтрации фильтр выводится напромывку. Кроме того, фильтр может быть выведен на промывку по истечениизаданного времени фильтрования или по требованию оператора.
Управление фильтрами
Вцикле работы каждого фильтра различаются два режима:
режимфильтрования
режимпромывки.
Режимфильтрования
В режиме фильтрования вода поступает из общего каналана фильтр через приточную задвижку. Отфильтрованная вода через фильтратнуюзадвижку поступает в контактные резервуары. В режиме фильтрования водынеобходимо поддерживать заданную производительность фильтра. Постояннаяскорость фильтрации достигается путем автоматического управления фильтратнойзадвижкой. Установка производительности фильтра должна задаваться с компьютераДиспетчерского пункта блока фильтров (ДП БФ).
Режим промывки
Сигнал запроса фильтра на промывку вырабатываетсяконтроллером при снижении скорости фильтрации до заданного значения или приувеличении потери напора до заданного значения и поступает в виде сигналаоповещения на рабочее место диспетчера, который должен принять решение о выводеданного фильтра на промывку путем подачи соответствующей команды. В случае еслиуровень воды в промывных баках ниже максимального, при подаче команды«Вывести фильтр на промывку» должно выдаваться сообщение "Уровень ниже нормы" и команда должна блокироваться. Кроме запроса фильтровна промывку по сигналам датчиков, должно быть предусмотрено оповещениеоператора фильтров о необходимости вывода фильтра на промывку по истечениизаданной длительности фильтроцикла.
В режиме промывки может находиться только один фильтр.Другие фильтры в это время могут или готовиться к промывке, или отстаиватьсяпосле промывки, или работать в режиме фильтрации с пониженной скоростью.
При получении команды «Вывести фильтр на промывку» контроллердолжен последовательно выдавать необходимые команды управления на задвижки иконтролировать процесс промывки. Промывка начинается с закрытия приточнойзадвижки.
Через время Т1, необходимое для снижения уровня воды вфильтре, закрывается фильтратная задвижка и открывается водосточная задвижка.Затем открывается напорная задвижка и заданное время Т2 фильтр промывается,после чего напорная задвижка закрывается. Контроль за процессом промывкиосуществляется по интенсивности промывки. Интенсивность промывки регулируетсяпутем частичного открытия или закрытия напорной задвижки. После окончанияпромывки и полного закрытия напорной задвижки закрывается водосточная задвижкаи после ее полного закрытия открывается приточная задвижка. Через время ТЗ(после наполнения фильтра ) в течение Т3=20 минут фильтр должен отстояться,после чего открывается фильтратная задвижка и фильтр работает с пониженнойскоростью фильтрации (3 м/ч) в течении Т4=30 минут, затем устанавливаетсязаданная скорость фильтрации. При автоматическом управлении фильтром в случаеневыполнения команды какой — либо задвижкой должна быть выдана повторнаякоманда. В случае ее невыполнения оператору фильтров должно быть выдано соответствующеесообщение. I
Оператор должен иметь возможность оперативногоизменения необходимых уставок (скорости фильтрации и потери напора),возможность оперативного изменения значений Т2, ТЗ', Т4 и возможностьоперативного управления каждой из задвижек через компьютер.
Стабилизация скорости фильтрации
Алгоритм стабилизации скорости фильтрации предназначендля работы в контроллере фильтра.
Программа работает в импульсном режиме и запускаетсячерез заданные интервалы времени Ти.
-По сигналу таймера Ти вводится значениескорости фильтрации
Fф.
-Определяется, превышает ли заданную величину /> отклонение
этого значения от установки.
-Если отклонение не превышает заданную величину,работа
программы прекращается до появления очередногосигнала
таймера Ти.
-Если отклонение превышает заданную величину, то
требуется корректировка скорости фильтрации.
-Определяется знак отклонения.
-Определяется время Туст, необходимое длятребуемого
изменения положения задвижки:
-Определяется фактическое время движения задвижки:
Тфакт = к*( Fуст— Fф)
где: к — отношение времени движения задвижки к изменению
скорости
фильтрации (усредненное для рабочегодиапазона скоростей фильтрации);
-определяется время выборки люфта взависимости от
совпадения или несовпадениятребуемого направления движения задвижки с предыдущим;
-суммарное время движения задвижки ивыборки люфта Туст заносится в регистр установки таймера,соответствующего направления движения задвижки программы стабилизации скоростифильтрации;
-выдается команда открыть/закрытьзадвижку и запускается соответствующий таймер;
-сигналом таймера через время Тустсбрасывается команда,
останавливается задвижка, в ячейку«Направление движения» заносится соответственно 0 или 1, таймер установки устанавливаетсяв 0;
-значения в регистрах текущеговремени таймеров положения задвижки (см. «Алгоритм отработки командызадвижкой») корректируются на величину, равную времени отработкилюфта.