Автоматизация схемы подключения внешних проводок для автоматизированной системы управления технологическим процессом Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Автоматизация схемы подключения внешних проводок для автоматизированной системы управления технологическим процессом

Баширов Мусса Гумерович

д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Электрооборудование и автоматика промышленных предприятий» ФГБОУ ВО УГНТУ, филиал в г. Салавате, eapp@yandex.ru

Шептунов Марк Евгеньевич

студент, кафедра «Электрооборудование и автоматика промышленных предприятий» ФГБОУ ВО УГНТУ, филиал в г. Салавате, MITM15SLV@gmail.com

В процессе разработки проектной документации, на этапах выполнения строительно-монтажных и пуско-наладочных работ и в период последующей эксплуатации автоматизированных систем управления (АСУ ТП) необходимо разрабатывать или актуализировать графические изображения прохождения сигналов каналов ввода-вывода с детальной текстовой информацией о применяемых средствах автоматизации и их позиционного обозначения. Графические изображения прохождения сигналов приводятся в документе «схема подключения внешних проводок». На разработку этого документа затрачивается значительное время. Ускорить выполнение задачи возможно при помощи автоматизации работы. Для этой цели разработано специальное программное обеспечение в Microsoft Visio 2010. Применяемые решения и подходы возможно широко использовать и для других аналогичных проектов.

Применение предлагаемого программного обеспечения позволяет повысить эффективность и производительность труда специалистов на всех этапах жизненного цикла АСУ ТП. Ключевые слова: автоматизированные системы управления (АСУ ТП); распределенная система управления; рабочая документации АСУТП, программное обеспечение; полевое оборудование; шаблон схемы.

Современные предприятия нефтехимии и нефтепереработки оснащаются автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП) — совокупностью технических и программных средств, предназначенных для решения задач управления, регулирования и защиты технологического оборудования. Как правило, АСУ ТП входят в состав структуры общей автоматизированной системы управления предприятием (АСУП). АСУ ТП проектируется как целостное решение, обеспечивающее автоматизацию основных операций технологического процесса на производстве, защиту оборудования и персонала от последствий, возможных в случае не соблюдения регламента и выхода параметров технологического процесса за установленные нормы. Понятие «автоматизированный», в отличие от понятия «автоматический», означает необходимость участия человека в принятии решения при выполнении отдельных операций с целью сохранения контроля над процессом. Составными частями АСУ ТП могут быть отдельные комплектные системы автоматического управления (САУ) и интеллектуальные устройства, связанные в единый комплекс. Такие системы управления строятся на программируемых логических контроллерах (ПЛК), (PLC). Как правило, АСУ ТП имеет единый уровень операторского управления технологическим процессом в виде одного или нескольких пультов управления или автоматизированных рабочих мест (АРМ), включая средства обработки и архивирования информации о ходе процесса, а так же типовые элементы автоматики: датчики, устройства управления, исполнительные устройства. Для информационной связи всех подсистем используются промышленные сети [1].

Распределённая система управления, (РСУ) (DCS - Distributed Control System) - система управления технологическим процессом, характеризующаяся построением определённой ар-

х

X

о

го А с.

X

го m

о

ю 5

M О

to

О)

о

сч

m

OI

О Ш

m х

<

m о х

X

хитектуры распределённого ввода-вывода и децентрализации обработки данных. РСУ, как правило, применяются для управления непрерывными технологическими процессами, требующими реализации сложных алгоритмов регулирования при ведении технологического процесса. Основные требования к РСУ - отказоустойчивость и доступность. Для РСУ отказ, а соответственно и останов технологического процесса, недопустим. Проектный уровень отказоустойчивости достигается путем резервирования и (или) дублирования аппаратных и программных компонентов системы, использования компонентов повышенной надежности, внедрения развитых средств диагностики, а также за счет выполнения своевременного технического обслуживания и непрерывного контроля со стороны человека [2].

Для обеспечения безопасности взрывопожа-роопасных технологических процессов в составе АСУ ТП предусматриваются системы противо-аварийной автоматической защиты (ПАЗ), предупреждающие возникновение аварии при отклонении от предусмотренных технологическим регламентом предельно допустимых значений параметров процесса во всех режимах работы и обеспечивающие безопасную остановку или перевод процесса в безопасное состояние по заданной программе. К системе ПАЗ предъявляются повышенные требования по надежности, устойчивости электроснабжения и метрологическим характеристикам [3].

На этапах проектирования, реконструкции и модернизации АСУ ТП, при выполнении СМР и ПНР, а так же сервисного обслуживания оборудования в период текущей эксплуатации, требуется выполнение работ по разработке рабочей документации и актуализации эксплуатационных документов. С целью повышения эффективности и производительности труда специалистов, разрабатывающих документацию, целесообразно использование программного обеспечения для автоматического создания принципиальных графических изображений прохождения сигналов «Поле-Система-Поле» на основе текстовых данных, представленных в табличной форме [4; 5].

Решение этой задачи реализовано в рамках актуализации документации распределенной системы управления и противоаварийной автоматической защиты для технологической установки управления пусковым котлом отделения глубокого обессоливания и приготовления питательной воды нефтехимического предприятия. Верхний уровень АСУ ТП установки построен с использованием технических и программных средств СепШт УР компании УОКОСАМА.

Работа выполнена в несколько этапов:

1) обследование технического состояния АСУ ТП пусковым котлом отделения глубокого

обессоливания и приготовления питательной воды технологической установки;

2) проверка смонтированного оборудования АСУ ТП на соответствие технической документации проекта АСУ ТП;

3) разработка программного обеспечения с открытым кодом (с возможностью внесения изменений в код) для автоматического создания принципиальных графических изображений прохождения сигналов «Поле-Система-Поле» из табличных данных;

4) актуализация документации с использованием программного обеспечения для автоматизированного создания документа «Схема подключения внешних проводок» (код документа С5 по ГОСТ 34.201-89).

Перед началом работ сформулированы и согласованы с конечным пользователем следующие требования к разрабатываемому программному обеспечению:

1) среда разработки исполняемого файла с открытым кодом - VBA Microsoft Visio 2010;

2) источник исходных данных - таблица в формате Microsoft Excel 2010;

3) форматы предоставления разработанного документа с возможностью поиска по тексту документа:

а) Microsoft Visio 2010;

б) Adobe Acrobat.

В результате проведённого обследования АСУ ТП технологического блока установки получены следующие исходные данные для разработки программного обеспечения:

- система управления и защиты состоит из распределенной системы управления (РСУ) и системы противоаварийной защиты (ПАЗ);

- РСУ и ПАЗ реализованы на контроллерах типа AFS40D производства компании Yokogawa в резервированном исполнении;

- в АСУ ТП использованы модули ввода - вывода со встроенными барьерами искрозащиты.

Уровень полевого оборудования состоит из датчиков, анализаторов, преобразователей и исполнительных механизмов, а также электрических и других приводов, установленных на технологическом оборудовании и подключенных к РСУ и ПАЗ.

В ходе проверки оборудования АСУ ТП выполнено сравнение исходного списка сигналов в проектной документации со списком сигналов, полученного из актуального проекта прикладного программного обеспечения контроллеров АСУ ТП. В результате сверки выявлено, что в процессе эксплуатации произведено порядка 2 % подключений новых позиций к резервным каналам и эксплуатационная документация требует актуализации.

В соответствии с согласованными ранее требованиями разработано программное обеспече-

ние с открытым для автоматического создания принципиальных графических изображений прохождения сигналов «Поле-Система-Поле» из таблицы Microsoft Excel. Программа использует набор заранее подготовленных шаблонов графических схем в формате Visio 2010.

Пользователю программы, при необходимости, доступна корректировка имеющихся шаблонов схем, а так же создание новых. При формировании документа возможно деление его на части и выбор максимального количества листов в документе.

Главная форма программы (рисунок 1) содержит четыре вкладки:

1. Вкладка «Шаг 1. Исходные данные». Вкладка предназначена для изменения конфигурации программы в части получения исходных данных из таблицы Microsoft Excel для построения схем, настройки интерфейса программы и настройки расположения используемых шаблонов;

2. Вкладка «Шаг 2.1. Схемы». Вкладка предназначена для изменения

конфигурации программы в части выбора шаблонов для заполнения данными

из таблиц Microsoft Excel;

3. Вкладка «Шаг 2.2. Схемы». Вкладка является продолжением настроечной конфигурации вкладки «Шаг 2.1. Схемы»;

4. Вкладка «Шаг 3. Создание документа». Вкладка предназначена для настройки структуры создаваемого документа, пути сохранения выходных файлов, а так же запуска задачи создания документа.

Рисунок 1 - Главная форма программы

При разработке программы реализован алгоритм автоматического определения шаблона схемы в процессе обработки текущей строки таблицы Microsoft Excel с учётом соответствия текущего считанного набора данных и набора данных на вкладках «Шаг 2.1. Схемы» или «Шаг 2.2. Схемы» (рисунок 2). В процессе выполнения алгоритмов кода по автоматическому определению шаблонов схем предусмотрено включение

или отключение участия некоторых сравниваемых данных в столбцах таблицы Microsoft Excel. Функционалом программы предусмотрен импорт и экспорт настроечной конфигурации шаблонов схем в документ Microsoft Excel, выбранный качестве документа исходных данных.

1 ~

таблица Microsoft Excel ь а

Рисунок 2 - Структура взаимосвязей столбцов таблицы Microsoft Excel и полей шаблона схемы

X X О го А С.

X

го m

о

Рисунок 3 - Пример графического изображения прохождения сигнала «Поле - система»

ю 5

M О

to

О)

о

сч

m

01

На рисунке 3 представлено графическое изображение прохождения сигнала «Поле - система», полученное с помощью разработанного программного обеспечения.

Использование разработанного программного обеспечения значительно сокращает время, необходимое для создания и актуализации рабочей документации АСУ ТП на всех этапах жизненного цикла Системы. Полученный в результате документ повышает эффективность и производительность труда на стадии выполнения строительно-монтажных и пуско-наладочных работ, позволяет исключить возможные ошибки монтажа оборудования и кабельной продукции. В период эксплуатации АСУ ТП при проведении обслуживания и диагностики оборудования значительно уменьшается время на поиск расположения цепей похождения сигналов для всего контура управления и защиты, повышается оперативность и точность выполнения работ.

Литература

1 Федоров, Ю.Н. Основы построения АСУТП взрывоопасных производств. В 2-х томах. Т. 1 "Методология". - М.: СИНТЕГ, 2006. - 720 с.

2 Таненбаум, Э., Ван Стеен М. Распределенные системы. Принципы и парадигмы. - СПб.: Питер, 2003. - 877 с.

3 Харазов, В.Г. Автоматизация процессов нефтепереработки. Издательство: СПб.: Профессия, 2015. - 304 с.

4 ГОСТ 34.201-89 «Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем».

5 Хафизов, А.М., Фомичев С.С., Аслаев Р.Р., Баширов М.Г. Разработка автоматизированной системы мониторинга технологических процессов и электрооборудования предприятий нефтегазовой отрасли / А.М. Хафизов, С.С. Фомичев, Р.Р. Аслаев, М.Г. Баширов // Тинчуринские чтения 2015. - С. 24-25.

Automation of the scheme of connection of external wires for the automated control system of the technological process Bashirov M.G., Sheptunov M.E.

USPTU, Branch Salavat

It is necessary to develop or update graphic draws of the I/O signal channels with detailed text information about automation devices and position designation in the project documentation developing process, construction-and-assembling and commissioning operations execute phase, process control systems operation phase. Graphic images of the signal flow are given in the document «wiring diagram for external wiring». The development of this document takes a lot of time. Speed up the task is possible with the help of work automation. For this purpose developed special software in Microsoft Visio 2010. The applied solutions and approaches may be widely used for other similar projects.

Proposed software using can improve efficiency and labor productivity of specialists at all stages of the life cycle of PCS. Keywords: process control system (PCS), distributed control system (DCS), PCS engineering documentation (detailed design), software, field equipment, pattern. References

1 Fedorov, Yu.N. Fundamentals of construction of an automated

process control system for explosive production. In 2 volumes. T. 1 "Methodology". - M .: SINTEG, 2006. - 720 p.

2 Tanenbaum, E., Van Steen M. Distributed systems. Principles

and paradigms. - SPb .: Peter, 2003. - 877 p.

3 Kharazov, V.G. Automation of refining processes. Publisher:

SPb .: Profession, 2015. - 304 p.

4 GOST 34.201-89 "Types, completeness and designation of

documents when creating automated systems."

5 Khafizov, A.M., Fomichev S.S., Aslaev R.R., Bashirov M.G.

Development of an automated system for monitoring technological processes and electrical equipment of enterprises in the oil and gas industry / A.M. Khafizov, S.S. Fomichev, R.R. Aslaev, M.G. Bashirov // Tinchurin Readings 2015. - p. 24-25.

О Ш

m x

3

<

m о x

X