АСУТП предназначена для автоматического контроля и управления в реальном масштабе времени и обеспечивает решение следующих задач:
- автоматизированное управление технологическим процессом;
- стабилизация заданных режимов технологического процесса путем контроля значений технологических параметров, визуального представления и выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы как в автоматическом режиме, так и в результате действий технолога-оператора;
- увеличение выхода товарной продукции;
- уменьшение материальных и энергетических затрат;
- улучшение качественных показателей конечной продукции;
- определение аварийных ситуаций на технологических узлах, путем опроса подключенных к системе датчиков в автоматическом режиме, анализа измеренных показаний и переключения технологических узлов в безопасное состояние путем выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы в автоматическом режиме или по инициативе оперативного персонала;
- формирование информации о работе технологического объекта и предоставление ее для передачи в заводскую локально-вычислительную сеть (ЛВС).
По функциональным признакам структура АСУТП подразделяется на следующие категории:
- распределённая система управления (РСУ), базирующаяся на специализированной микропроцессорной технике, предназначенной для управления технологическими процессами совместно с оперативным персоналом в режиме реального времени;
- система противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ), базирующаяся на специализированной микропроцессорной технике повышенной надёжности, предназначенной для гарантированного автоматического перевода технологических процессов в безопасное состояние при возникновении аварийных ситуаций (реализация аварийной сигнализации и алгоритмов защитных блокировок).
Периферийное оборудование – понятие, объединяющие датчики, анализаторы, преобразователи и исполнительные механизмы, а также электрические и другие приводы, установленные как непосредственно на технологическом оборудовании, так и в специальных помещениях, и подключенные к РСУ и ПАЗ.
Структурную схему системы управления данным узлом можно разбить на несколько уровней:
1 – уровень датчиков и исполнительных механизмов;
2 – уровень контроллеров;
3 – SCADA уровень.
1) Нижний уровень системы включает набор датчиков расхода Digital YEWFLO DY, давления ЕJX 530А, ДМ2005 Сг, уровня Vega Flex 81,Vega Swing 63, температуры Метран-286 и электропневматические позиционеры Samson 3730-3, встраиваемых в конструктивные узлы технологического оборудования.
На этом уровне реализуются следующие функции:
- непрерывное измерение технологических параметров;
,- первичная обработка информации;
- передача полученной информации о состоянии технологического объекта на следующий уровень в аналоговом виде.
Первичная обработка включает в себя следующие операции:
- линеаризация выходных сигналов датчиков с нелинейными или слабо линейными характеристиками и их масштабирование;
- фильтрация выходных сигналов датчиков от высокочастотных помех, искажающих полезный сигнал;
- проверка исходной информации на достоверность и коррекция результатов измерений;
- коррекция показаний датчиков при отклонении условий измерений от расчетных.
2) Второй уровень служит для непосредственного автоматического управления технологическими процессами с помощью модулей аналогового входа AAI143, SAI143, модулей аналогового выхода AAI543, модулей дискретного входа SDV144, модулей дискретного выхода SDV541, процессорного модуля СР541, SCP451
В соответствии с выполняемыми функциями второй уровень системы реализован в виде двух основных подсистем:
- полевой станции управления FCS (Станция Управления) (РСУ Centum VP), базирующейся на специализированной микропроцессорной технике, предназначенной для управления технологическими процессами совместно с оперативным персоналом в режиме реального времени;
- контроллера безопасности SCS (Станция Управления Безопасности) (ПАЗ Prosafe RS), базирующейся на специализированной микропроцессорной технике повышенной надежности, предназначенной для автоматического перевода технологического процесса в безопасное состояние при возникновении аварийных ситуаций.
РСУ выполняет функции сбора информации, управления и регулирования. Система ПАЗ контролирует нарушения в ходе технологического процесса и осуществляет функции защиты и блокировки.
3) Третий уровень предназначен для отображения данных производственного процесса и оперативного управления со станций оператора, а также функции инженерной разработки со стаций инженера.
Рабочие станции промышленного исполнения включают станцию оператора и станцию инженера.
Станция оператора выполняет следующие функции:
- управление в реальном масштабе времени технологическим процессом;
- визуализация состояния технологического оборудования в удобном для восприятия и анализа виде (графики, мнемосхемы, гистограммы, таблицы, тренды и.т.д.), ведение базы данных, обработку данных;
- автоматическое и ручное управление технологическим процессом;
- сигнализация отклонений параметров от регламентных норм;
- расчет технико-экономических показателей;
- контроль за работоспособным состоянием системы ПАЗ, регистрация срабатывания системы ПАЗ;
- самодиагностика;
- формирование и выдача протокола нарушений и сообщений.
Станция инженера выполняет следующие функции:
- задание уставок блокировки;
- дистанционная настройка регуляторов, установка диапазонов датчиков;
- отладка программ, настройки мнемосхем, трендов и т.д.;
- связь с другими системами автоматизации;
- защита баз данных и программного обеспечения от несанкционированного доступа.
Связь между уровнем датчиков и уровнем контроллеров АСУ ТП должна осуществляться электрическим способом, с помощью аналоговых и дискретных сигналов.
Связь между уровнем контроллеров и уровнем рабочих станций промышленного исполнения должна осуществляться кодовым способом посредством специализированных промышленных компьютерных сетей обеспечивающих полный цикл обмена данными между компонентами в пределах одной секунды. Связь во время управления процессом между контроллерами должна работать в режиме односторонней передачи информации – от ПАЗ к РСУ.
Уровень рабочих станций промышленного исполнения АСУТП должна иметь программные и аппаратные средства для подключения к информационно-управляющей системе завода, организованной на базе протокола Ethernet.
АСУТП должна быть ориентирована на работу в жёстком реальном времени, то есть быть предсказуемой и обеспечивать выполнение всех функций точно в срок.
Система должна иметь возможность оперативного конфигурирования прикладного программного обеспечения на отдельной инженерной станции без нарушения работоспособности системы, кроме того, система должна быть резервируема и полностью автономна.
Функционирование системы должно быть рассчитано на круглосуточный режим работы, с остановкой на профилактику не чаще чем 1 раз в год в период капитального ремонта.
Технические средства ПАЗ должны быть резервированы. При выходе из строя, какого – либо из блоков, система ПАЗ должна автоматически переходить на резервный блок с выдачей соответствующего сообщения.
Должна быть предусмотрена возможность замены неисправных модулей в оперативном режиме работы системы ПАЗ. Так же система должна иметь автономные средства отображения, регистрации информации и архивизации, то есть должна быть автономной.