4 Требования к системе
Требования к структуре системы
Комплекс технических средств АСУ процессом атмосферной перегонки нефти включает в себя:
- операторскую и инженерную станцию, установленные в ЦПУ;
- программируемые логические контроллеры (ПЛК) PAC8000 – основной и дублирующий;
- локальную сеть Ethernet в составе двух коммутаторов;
- совмещенный пульт управления;
- датчики и функциональные преобразователи;
- исполнительные механизмы.
Питание всех средств вычислительной техники осуществляется от источников бесперебойного питании.
В АСУ ПАПН используются приборы и датчики токовой системы передачи информации с унифицированными входными и выходными характеристиками, обеспечивающими минимальное число ступеней преобразования сигналов, вводимых в контроллер. Сигналы от термопреобразователей сопротивления и термоэлектрических преобразователей поступают непосредственно на вход соответствующих модулей без промежуточных преобразователей.
Рисунок 1 – структурная схема АСУ ПАПН
АРМ операторов базируются на персональных ЭВМ стандартной комплектации под управлением Windows 7. В качестве SCADA-системы используется Proficy iFix Workspace.
Требования к функционированию системы
По функциональным признакам структура АСУТП подразделяется на следующие категории:
- автоматизированная система диспетчеризации (в дальнейшем Система), базирующаяся на специализированной микропроцессорной технике, предназначенной для управления технологическим процессом совместно с оперативным персоналом в режиме реального времени.
- периферийное оборудование – понятие, объединяющее датчики, преобразователи и т.п.
Должна быть обеспечена надежная защита АСУ:
- от несанкционированного доступа;
- от разрушения или остановки работы программного обеспечения в результате некорректных действий оператора технологического процесса;
- от проникновения в Систему вирусов.
Должна быть обеспечена возможность полного исключения на использование станции оператора в качестве персонального компьютера для непроизводственных целей, выходящих за рамки инструкций технолога-оператора.
В составе программного обеспечения Системы должен быть набор программных модулей – функциональных блоков, позволяющих осуществить контроль и управление технологическими объектами различных классов. Система должна иметь возможность оперативного конфигурирования прикладного программного обеспечения без нарушения работоспособности Системы.
В Системе должны иметься аппаратные и аппаратно-программные средства диагностики сетей, станций блоков.
Должна быть предусмотрена возможность замены неисправных модулей в оперативном режиме работы Системы.
Система и все виды ее обеспечения должны быть открытыми и приспособленными к модернизации, развитию, наращиванию. Объем возможного наращивания функциональных задач управления за счет наличия резервов памяти, аппаратных и программных средств, должен быть не менее 10%.
Требования к численности и квалификации персонала
АСУ ПАПН должна обслуживаться персоналом, прошедшим обучение на специальных курсах подготовки и имеющим удостоверения на право работы со средствами вычислительной техники или соответствующими специалистами.
Численность и режим работы обслуживающего персонала должны быть достаточными для технического обслуживания АСУ ПАПН и выполнения ремонта при круглосуточной работе оборудования.
Требования к надежности
АСУ ПАПН должна быть многоканальной, многофункциональной системой длительного пользования и являться ремонтопригодным объектом с периодическим техническим обслуживанием. Требования к показателям надёжности системы устанавливаются в соответствии с ГОСТ 24.701-84.
Программное обеспечение функциональной подсистемы должно предотвращать возникновение отказов в выполнении функций АСУТП при отказах технических средств функциональной подсистемы и при ошибках персонала, участвующего в выполнении этой функции, либо должно обеспечить перевод отказов, ведущих к большим потерям, в отказы, сопряженные с меньшими потерями.
Система должна быть многофункциональной, восстанавливаемой и должна отвечать следующим требованиям к надежности:
- коэффициент готовности, должен быть не менее 0.995;
- средняя наработка на отказ комплекса средств вычислительной техники системы должна быть не менее 30000 часов.
В системе должны быть дублированы: процессорные модули; источники питания; линии связи.
Кроме аппаратурного резерва, система должна обладать временной и функциональной избыточностью (степень загруженности контроллеров, запас емкости памяти и свободных функциональных блоков и т.д.).
Требования безопасности
Технические средства АСУТП должны соответствовать требованиям:
- ПБ 09-310-99 «Правила промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств».
- ДНАОП 0.00-1.07–94 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением»;
- НПАОП 0.00-1.41-88 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных, химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств»;
- ПУЭ-2011 гл.7.3 "Правил устройства электроустановок";
- ГОСТ 12.2.070-81 "Правила техники безопасности электрических цепей";
- ПБЭ НП-2001 «Правила безопасной эксплуатации и охраны труда для нефтеперерабатывающих производств».
- СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».
- ГОСТ 25861-83 "Машины вычислительные и системы обработки данных. Требования электрической и механической безопасности и методы испытаний".
Все внешние элементы технических средств системы, находящиеся под напряжением, должны иметь защиту от случайного прикосновения человека, а сами технические средства - заземлены в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ "Защитное заземление, зануление" и "Правил устройства электроустановок" ПУЭ-2011, глава 7.3.
Установка технических средств должна соответствовать требованиям действующих «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭ 2006г.)
Требования безопасности при монтаже, наладке, эксплуатации, обслуживании и ремонте технических средств АСУТП должны быть приведены в документации на технические средства.
Требования к эргономике и технической эстетике
Удобство обслуживания обеспечить по ГОСТ 12.2.049.-80. Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие эргономические требования.
Эстетику обеспечить по ГОСТ 20.39.108-85. Комплексная система общих технических требований. Требования по эргономике, обитаемости и технической эстетике. Номенклатура и порядок выбора.
Общие эргономические требования к залу операторов и расположению рабочих мест должны соответствовать ГОСТ 21958-76 "Общие эргономические требования к расположению рабочих мест".
Общие эргономические требования, регламентирующие организацию рабочего места, взаимное расположение средств связи в пределах одного рабочего места - по ГОСТ 22269-76 "Система Человек - машина. Рабочее место оператора. Взаимное расположение элементов рабочего места. Общие эргономические требования".
Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению компонентов системы
АСУ должна быть рассчитана на непрерывный круглосуточный режим работы.
Виды, периодичность и регламент обслуживания технических средств должны быть указаны в соответствующих инструкциях по эксплуатации.
Поставщик должен предоставить Заказчику перечень узлов, компонентов, разъемов и блоков, подлежащих профилактическому осмотру, калибровке и поверке, с указанием периодичности последних, а также инструкции по выполнению этих работ.
Для нормального функционирования вычислительной и микропроцессорной техники в помещениях аппаратных и операторных должны быть обеспечены соответствующие условия:
- температура окружающего воздуха: (22…24) оС;
- относительная влажность окружающего воздуха: (40...60) % без конденсации;
- запыленность воздуха в помещении (операторной и аппаратной) - не более 0,3 мг/м3 при размере частиц не более 3 мкм;
- частота вибрации должна быть не более 14 Гц при амплитуде смещений не более 0,5 мм;
Расположение технических средств АСУ должно быть рациональным как с точки зрения монтажных связей между ними, так и удобства и безопасности их эксплуатации и обслуживания.
Требования по стандартизации и унификации
Система управления должна обеспечить функционирование технологического объекта в пределах регламентных норм.
Разрабатываемая система должна быть универсальной, обеспечивать возможность ее использования на широком классе объектов управления.
При разработке системы управления необходимо обеспечить максимальную унификацию применяемых узлов и деталей; использование стандартных крепежных изделий.
Использование серийно выпускаемых комплектующих изделий не менее 95%.
Все приобретаемые изделия и узлы, входящие в комплект должны быть общего назначения и не подлежать согласованию.
Требования к функциям, выполняемым системой
В соответствии с ГОСТ 24.104-85 ЕСС АСУ «Автоматизированные системы управления. Общие требования» АСУ ПАПН должна обеспечивать:
1) автоматизированный сбор и первичную обработку технологической информации;
2) автоматический контроль состояния технологического процесса, предупредительную сигнализацию при выходе технологических показателей за установленные границы;
3) автоматическую обработку, регистрацию и хранение поступающей производственной информации, вычисление усредненных, интегральных и удельных показателей;
4) представление информации в удобном для восприятия и анализа виде на цветных графических операторских станциях в виде графиков, мнемосхем, гистограмм, таблиц и т.п.;
5) защиту баз данных и программного обеспечения от несанкционированного доступа;
6) диагностику и выдачу сообщений по отказам всех элементов комплекса технических средств с точностью до модуля.
Сбор и первичная обработка информации включает в себя опрос аналоговых и дискретных датчиков, масштабирование и перевод в действительные значения в соответствии с градуировачными характеристиками аналоговых измерительных элементов, фильтрацию сигналов от высокочастотных помех и выбросов.
Периоды опросов аналоговых датчиков должны составлять 1 секунду.
Функции отображения информации должны по запросу оператора обеспечить вывод на экран рабочей станции оперативной информации о текущем состоянии технологического процесса и оборудования, представляемой в виде мнемосхем, графиков, гистограмм и таблиц. Время реакции АСУ ПАПН на вызов нового изображения – не более чем 2,5 секунды.
Погрешности преобразования при вводе сигналов и пересчете введенных входов в действительные значения не должны превышать 0,1% диапазона шкалы датчиков.
Все действия оператора по взаимодействию с АСУ ПАПН должны быть защищены от возможных ошибок. Любые случайные или ошибочные действия персонала по управлению процессом должны игнорироваться, если они отличаются от объявленных в документации, или не соответствуют уровню полномочий персонала для исполнения действий.
Для ретроспективного анализа хода процесса должно быть предусмотрено архивирование данных.
Требования к математическому обеспечению
Математическое обеспечение должно обеспечивать выполнение следующих функций:
сбор информации о теплотехнических параметрах и состоянии технологического оборудования;
обработку информации, поступающей от датчиков технологических параметров, положение и состояние приводов исполнительных механизмов (ИМ);
управление ИМ в автоматическом режиме, обеспечение выполнения технологических операций в соответствии с алгоритмом управления;
автоматическое управление основными параметрами;
дистанционное управление ИМ с пульта оператора;
отображение текущих значений теплотехнических параметров, информации о режимах работы и состояния системы;
аварийная защита, отключение, блокировка при возникновении аварийной ситуации;
аварийную предупредительную сигнализацию (световую и звуковую).
Требования к информационному обеспечению
Для обмена информацией в рамках АСУ ПАПН должна быть создана база данных, обеспечивающая доступ к данным с локальных элементов сети, которыми являются:
периферийные микропроцессорные устройства – управляющие контроллеры;
многофункциональная операторская станция – рабочее место персонала ЭЛОУ-АТ.
Основная технологическая информация, достаточная для работы системы в нормальном режиме, должна выводиться на рабочую станцию оператора.
Для удобства работы технологов-операторов с большими объемами информации, и для выработки соответствующих стереотипов взаимодействия с АСУ ПАПН, информационное обеспечение должно быть структурировано, и иметь иерархическую организацию. Должны быть предусмотрены следующие стандартные операционные мнемосхемы:
мнемосхемы общего обзора ЭЛОУ-АТ - на мнемосхему должны быть выведены все технологическое оборудование с информацией об основных технологических параметрах в каждом, таких как, уровень емкостей и тарелок стрипинга, температура, давление, расход, состояние насосной и отсечной арматуры, и т.д.;
мнемосхемы конкретных объектов - на мнемосхемах должна отображаться развернутая информация по конкретному объекту управления или регулирования, предоставляя данные, которых нет на мнемосхеме общего обзора: температуры в каждой контролируемой точке, уровень колон, и т.п. Кроме того, должны отображаться исторические тренды технологических параметров за выбранный оператором промежуток времени. Должна иметься возможность корректировки оператором плотности продукта, как базовой, так и фактической;
мнемосхемы технологических линий и насосного оборудования - в схематическом виде должен отображаться технологический трубопровод, иметься возможность контроля работы основного технологического оборудования;
мнемосхема отчетности - должна быть предусмотрена возможность формирования отчетов за выбранный оператором промежуток времени.
Архивирование истории процесса
Для отслеживания изменения состояния параметров технологического процесса необходимо организовать хранение истории значений параметра.
Предусмотреть архивы аналоговых параметров:
архив мгновенных значений параметров;
архив предаварийных и после аварийных ситуаций;
архив усредненных значений параметров за сутки;
архив среднечасовых значений параметров на месячном интервале.
По инициативе оператора архивный тренд в виде графиков должен выводиться на экран дисплея.
Просмотр трендов не должен мешать оператору управлять технологическим процессом.
Формирование отчетной документации
Протоколы нарушений и событий
В режиме оперативного контроля должен формироваться протокол нарушений регламентных и предаварийных границ. Оператор должен иметь возможность просматривать протокол на экране видеомонитора в произвольный момент времени. В протоколе должны фиксироваться в хронологическом порядке с начала смены шифры, наименования параметров, вышедших за границы, и значения этих границ для аналоговых параметров, а также время и дата возникновения нарушения. Для дискретных параметров должно фиксироваться изменение состояния.
Требования к программному обеспечению
АСУ ПАПН должна включать рабочую станцию с пакетами программного обеспечения, способного выполнить требования предъявленные к системе:
- SCADA систему для обмена данными с УСО, организации человеко-машинного интерфейса, оперативного контроля и управления основным технологическим оборудованием, выполнения математической обработки измеренных значений технологических параметров;
- высокопроизводительный промышленный технологический архив (СУБД) для хранения измеренных параметров и рассчитанных величин;
- программное обеспечение должно быть основано на открытых технологиях межпроцессного взаимодействия (OPC, ODBC, OLE DB, COM/DCOM и т.п.);
- программное обеспечение должно быть совместимым с ОС Microsoft Windows 7;
- программное обеспечение должно бесперебойно функционировать в режиме 24/7;
- программное обеспечение должно предоставлять возможность наращивания системы самостоятельно силами сотрудников предприятия.
Требования к техническому обеспечению АСУ ПАПН
Технические средства, предлагаемые для использования в АСУ ПАПН, должны полностью удовлетворять всем требованиям, изложенным в настоящем ТЗ, и иметь возможность выполнять все функции, описанные в соотв. разделах настоящего ТЗ.
Технические средства АСУ ПАПН состоят из следующих компонентов:
микропроцессорных контроллеров;
системы визуализации на базе компьютеров индустриального исполнения;
системы электропитания.
В составе технических средств АСУ ПАПН должны использоваться микропроцессорные контроллеры и индустриальные ЭВМ, совместимые с IBM PC AT, которые будут использованы в качестве рабочих мест операторов-технологов.
Технические характеристики используемых технических средств системы должны обеспечить взаимозаменяемость одноименных технических средств без каких-либо изменений или регулировок в остальных устройствах.
Используемые в системе приборы и средства автоматизации должны соответствовать по параметрам электропитания ГОСТ 721-77.
Используемые в системе технические средства должны соответствовать требованиям надежности.
Уровень индустриальных радиопомех, создаваемый техническими средствами системы при работе, а также в момент включения и выключения, не должен превышать величин, предусмотренных "Общесоюзными нормами допускаемых помех" №1-72-9-72.
Уровень шума, создаваемый техническими средствами, не должен превышать в местах расположения оперативного персонала 75 дБ при диапазоне частот 600-1200 гц по ГОСТ 12.1.003-83.
Технические средства системы должны соответствовать требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.007-75 и ГОСТ 12997-84.
Все внешние элементы технических средств системы, находящиеся под напряжением, должны иметь защиту от случайных прикосновений, а сами технические средства - иметь защитные заземления в соответствии с ПУЭ.
Характеристика системы технического обслуживания и ремонта, а также требования к средствам технического обслуживания и ремонта, должны быть приведены в техническом описании и инструкции по эксплуатации системы.
АСУ ПАПН должна быть укомплектована комплектом ЗИП в соответствии с техническими условиями на технические средства.
Требования к метрологическим характеристикам измерительных каналов
Система должна отвечать требованиям открытости (т. е. должна использовать стандартные международные входные и выходные сигналы, интерфейсы и конструктивы), что позволит, при необходимости расширения, производить подключение новых модулей и блоков без нарушения общей конфигурации системы и значительных затрат.
Метрологическое обеспечение АСУ должно отвечать требованиям:
ГОСТ 24.104-85 ЕСС АСУ "Автоматизированные системы управления. Общие требования";
МИ 1669-87 ЕСС АСУ "Метрологическое обеспечение АСУ. Основные положения";
НПАОП 0.00-1.41-88 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных, химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» (раздел 5.6), а также требованиям стандартов Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ), Единой системы стандартов автоматизированных систем управления (ЕСС АСУ).
В технической документации на систему должны быть следующие документы:
программа метрологической аттестации измерительных и вычислительных каналов;
методика калибровки измерительных и вычислительных каналов;
методика метрологической поверки каналов в процессе эксплуатации.
Требования к методам и средствам испытания и проверки измерительных каналов АСУ ПАПН
К методам и средствам испытания и поверки измерительных каналов предъявляются следующие требования:
в качестве образцовых средств измерения при контроле метрологических характеристик измерительных каналов должны использоваться серийно выпускаемые образцовые приборы. Все измерительные ИК АСУ ПАПН подлежат периодической поверке;
ИК поверяются комплексно, включая, все первичные измерительные преобразователи и средства отображения информации в соответствии с ГОСТ 8.438-81;
входные сигналы ИК в поверяемых точках диапазона измерений должны иметь фиксированное значение технологического параметра или обеспечена его имитация образцовой мерой;
поверка должна осуществляться с помощью серийно выпускаемых средств измерений, которые определяются методами поверки измерительных компонентов ИК;
методические указания по поверке ИК должны предусматривать их поверку комплексно в соответствии с ГОСТ 8.326-89;
после проведения поверки не допускается какое-либо изменение структуры ИК без разрешения ведомственной метрологической службы.
Создаваемые в составе АСУ ПАПН ИК и ИС подлежат метрологической аттестации на объекте в установленном порядке Днепропетровским государственным центром стандартизации метрологии и сертификации (ДГЦСМС).