Анализ состояния вопроса, постановка задачи. Исходные требования к автоматизированной 9-и секционной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП) Дортрон типа АСУТП-DOT9-2,8 транспортных модулей типа ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 инновационной дороги-долгожителя

Содержание

Определения, обозначения и сокращения …………………………………………… 7	7
Введение………………………………………………………………………….…………	12
1 Анализ состояния вопроса ……………………………………………….…………….	13
1.1 Общие сведения ………………………………………………………………………. 13	13
1.1.1 Планетарная сеть поселений Saint cross и транспортных модулей типа ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 …………………………………………………… 5	13
1.1.2 Федеральные дороги ………………………………………………………………. 7	16
1.1.3 Теплотрассы, газопроводы, нефтепроводы …………………………………….. 8	17
1.1.3.1 Транспорт тепла ………………………………………………………………….. 8	17
1.1.3.2 Транспорт газа ……………………………………………………………………. 9	18
1.1.3.3 Расчет снижения эксплуатационных расходов, капитальных вложений, потерь транспортных модулей ТМ -5060……………………………………………… 10	18
1.1.4 Эффективность комплексного использования транспортных коммуникаций различного назначения ………………………………………………. 13	25
1.1.4.1 Общие замечания ………………………………………………………………… 13	25
1.1.4.2 Автоматизированные транспортные модули типа ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 ………………………………………………………………… 13	25
1.1.5 Технико-экономические показатели автодорог и транспортных модулей типа ТМ 5060/50 и Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 ……………………………………….. 15	26
1.1.6 Преимущества транспортных модулей ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50…………………………………………………………………………………. 17	32
1.1.7 Автоматизированная 9-и секционная система управления технологическими процессами (АСУТП) Дортрон типа АСУТП-DOT9-2,8….........	33
2 Постановка задачи …………………………………………………………………….. 18	34
2.1 Общие положения …………………………………………………………………… 18	34
2.1.1 Состав системы…………………………………………………………………….. 18	34
2.1.1.1 Состав транспортного модуля ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50………	34
2.1.1.2 Состав автоматизированных технологических комплексов транспортного модуля ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50……………………………………….. 19	34
2.1.1.2.1 Состав автоматизированных технологических комплексов надземного подкомплекса транспортного модуля ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50… 19	35
2.1.1.2.2 Состав автоматизированных технологических комплексов подземного подкомплекса транспортного модуля ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50...... 20	36
2.1.1.3 Назначение и состав автоматизированных технологических комплексов транспортного модуля ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50…………………... 22	38
2.1.1.3.1 Назначение и состав автоматизированных технологических комплексов надземного подкомплекса транспортного модуля ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 ………………………………………………………………………………... 22	38
2.1.1.3.2 Назначение и состав автоматизированных технологических комплексов подземного подкомплекса транспортного модуля ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 ………………………………………………………………………………... 35	51
2.1.2 Назначение автоматизированной системы управления технологическими процессами АСУТП-DOT9-2,8 …………………………………………………………. 51	67
2.1.3 Задачи, решаемые АСУТП-DOT9-2,8 …………………………………………… 51	67
2.2 Основание для разработки АСУТП-DOT9-2,8 …………………………………… 52	68
2.3 Структура системы АСУТП-DOT9-2,8 ………….………………………………… 52	68
2.4 Схема информационного взаимодействия АСУТП-DOT9-2,8 …………………. 54	70
2.5 Цель и задачи разработки АСУТП-DOT9-2,8 ……………………..…………….. 56	71
3 Исходные требования к автоматизированной 9-и секционной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) Дортрон типа АСУТП-DOT9-2,8 транспортных модулей типа ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 инновационной дороги-долгожителя………………………………………………….. 57	73
3.1 Общие требования …………………………………………………………………… 58	73
3.2 Требования к функциям АСУТП-DOT9-2,8 ……………………………………… 58	99
3.3. Требования к подготовленности персонала АСУТП-DOT9-2,8 ……………… 58	99
3.4. Требования к техническому обеспечению АСУТП-DOT9-2,8 ………………… 58	100
3.5. Требования к программному обеспечению АСУТП-DOT9-2,8………………... 60	102
3.6. Требования к информационному обеспечению АСУТП-DOT9-2,8 …………... 61	103
3.7 Требования к организационному обеспечению АСУТП-DOT9-2,8 …………… 62	105
3.8 Требования к лингвистическому обеспечению АСУТП-DOT9-2,8 …………… 62	105
3.9 Требования к правовому обеспечению АСУТП-DOT9-2,8 ……………………… 63	106
3.10 Требования к эксплуатационной документации на АСУТП-DOT9-2,8 ……… 63	106
3.11 Требования безопасности …………………………………………………………. 64	106
3.12 Требования к унификации ………………………………………………………… 64	107
3.13 Обеспечение единого системного времени ……………………………………... 65	108
3.14 Единая система кодирования …………………………………………………….. 65	108
3.15 Требования надежности ……………………………………………………………	109
3.16 Требования к масштабированию системы ………………………………………	109
3.17 Требования к безопасности и защите информации ……………………………. 66	109
3.17.1 Защита информации в системе …………………………………………………. 66	109
3.17.2 Разграничение полномочий и уровни доступа операторов …………………. 66	110
3.18 Диагностирование и самоконтроль ……………………………………………… 66	110
Заключение………………………………………………………………………………..	111
Список использованных источников…………………………………………………. 72	112

Определения, обозначения и сокращения

Автоматизированная система (АС) - система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций.

Автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ) – человеко-машинная система на основе комплекса технических и программных средств и

Автоматизированная Система Коммерческого Учёта Электроэнергии(АСКУЭ)(в соответствие новому стандарту ОАО «АТС» — автоматизированная информационно-измерительная система — АИИС) обеспечивает коммерческий учёт электроэнергии (мощности).

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) — комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на промышленных предприятиях.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) – программно-технический комплекс автоматизированной системы, предназначенный для автоматизации деятельности определенного вида.

Автоматизированный технологический комплекс (АТК) - единая автоматизированная система, объединяющая несколько автоматических или автоматизированных технологических объектов, оснащенных системами программного управления и управляемых от ЭВМ.

АСУТП-DOT9-2,8 - автоматизированная 9-секционная система управления технологическими процессами транспортных модулей типа ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 – централизованная система управления, объединяющая АСУТП нескольких автоматизированных комплексов для осуществления их управляемого взаимодействия.

Информационная безопасность – обеспечивается с помощью мер защиты от несанкционированного доступа с целью хищения или повреждения информации, а также мер по предотвращению нарушения целостности информации в результате сбоев и отказов технических и программных средств.

Контролируемое оборудование (IEC 61508) (Equipmen Under Control - EUC). Машины, оборудование, аппараты или установки, предназначенные для производства, переработки, транспортировки, медицины и других видов деятельности.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – вычислительная сеть, объединяющая с помощью высокоскоростной канальной системы компьютеры и другие вычислительные ресурсы (например, промышленные контроллеры) в пределах некоторой ограниченной территории (в данном случае подстанции). Характерные дальности передачи – от нескольких сот метров до нескольких километров и высокие скорости обмена – от 10 Мбит/c до 1000 Мбит/с. Наиболее типичные линии связи – медные кабели различного вида и оптические кабели. Логическая организация обмена информации выполняется с помощью программно реализуемых сетевых протоколов. Наиболее распространенным в настоящее время является стек протоколов TCP/IP, используемый в Internet.

Локальная промышленная сеть – ЛВС, обеспечивающая физическую и логическую связь между распределенными промышленными контроллерами, интеллектуальными измерительными преобразователями и исполнительными механизмами и их интеграцию в единую систему управления технологическим процессом. Основными требованиями к локальной промышленной сети являются простота монтажа, высокая надежность и гарантированное малое время доставки сообщений.

Надёжность АСУТП – комплексное свойство автоматизированной системы сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность автоматизированной системы выполнять свои функции в заданных режимах и условиях эксплуатации.

Оперативный персонал АСУТП - технологи-операторы автоматизированного технологического комплекса, осуществляющие управление технологическим объектом, и эксплуатационный персонал (инженеры, сменные дежурные, операторы и др.), обеспечивающий правильность функционирования комплекса технических средств АСУТП.

Подсистема технологической системы - технологическая система, выделяемая по функциональному или структурному признаку из технологической системы более высокого уровня.

Программируемый логический контроллер – ПЛК (Programmable Logic Controller - PLC) - комплекс электронных и программных компонент и средств, включая модули ввода-вывода, предназначенный для выполнения логических функций; то есть та часть системы безопасности, которая выполняет логические функции, за исключением сенсоров и исполнительных элементов (формулировка ISA 84.01-96).

Программируемый логический контроллер (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер — электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов.

Промышленный контроллер - управляющее вычислительное устройство на основе микропроцессорной архитектуры и развитого программного обеспечения, ориентированное на сбор, предварительную обработку и оперативное хранение первичной информации от технологического оборудования с помощью набора модулей УСО. Промышленный контроллер имеет сетевой интерфейс для подключения к различным типам промышленных сетей. Промышленные контроллеры предназначены для работы в условиях промышленного производства, характеризующихся повышенной степенью загрязнения воздуха, вибрациями, отдельными ударами, сильными электромагнитными полями, значительными температурными колебаниями. Различаются промышленные контроллеры универсального и специального исполнения.

Распределённая система управления (РСУ) (англ. Distributed Control System, DCS) — система управления технологическим процессом, характеризующаяся построением распределённой системы ввода вывода и децентрализацией обработки данных.

Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений (СМИС) − структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. СМИС входит в состав АСУТП-DOT9-2,8.

Технологическая система (ТС) — совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций.

Технологический комплекс — совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций.

Устройство связи с объектом (УСО) – модульные устройства ввода-вывода, входящие в состав промышленного контроллера, обеспечивающие электрическое сопряжение и непосредственный прием сигналов от датчиков и измерительных устройств и выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы и аппаратуры.

Элемент технологической системы - Часть технологической системы, условно принимаемая неделимой на данной стадии ее анализа.

CAN (англ. Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков. Режим передачи — последовательный, широковещательный, пакетный. Непосредственно стандарт CAN от Bosch определяет передачу в отрыве от физического уровня — он может быть каким угодно, например, радиоканалом или оптоволокном. Но на практике под CAN-сетью обычно подразумевается сеть топологии «шина» с физическим уровнем в виде дифференциальной пары, определённым в стандарте ISO 11898. Передача ведётся кадрами, которые принимаются всеми узлами сети. Синхронная шина, с типом доступа Collision Resolution (CR), который в отличие от Collision Detect (CD) сетей (Ethernet — это CD) детерминировано (приоритетно) обеспечивает доступ на передачу сообщения, что особо ценно для промышленных сетей управления (fieldbus).

Ethernet –доминирующий протокол универсальных вычислительных сетей (физический и канальный уровни), стандарт IEEE 802.3, скорости – 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с, среда передачи – коаксиальный кабель, оптоволокно, медная витая пара, радиоканал.

Industrial Ethernet (промышленный Ethernet) — стандартизованный (IEEE 802.3 и 802.11) вариант Ethernet для применения в промышленности. Сеть с процедурой доступа CSMA/CD. Industrial Ethernet обычно используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, реже для обмена данных между контроллерами и, незначительно, для подключения к контроллерам удаленного оборудования (датчиков и исполнительных устройств). Широкому применению Ethernet в последних задачах препятствует суть метода CSMA/CD, делающая невозможным гарантию обмена небольшим количеством информации (единицы байт) с высокой частотой (миллисекундные циклы обмена). В последнее время является одной из самых распространённых промышленных сетей. Широко применяется при автоматизации зданий и в областях, не требующих высокой надёжности.

Internet – глобальная вычислительная сеть на основе технологии межсетевого взаимодействия сетевых протоколов ТСР/IP и единой системы IP-адресации для подключенных подсетей и компьютеров. Используется, главным образом, для системы электронной почты е-mail и общемировой информационной службы www.

Intrаnet – масштабные распределенные вычислительные сети глобального характера крупных корпораций, построенные на основе протоколов, технологий и программного обеспечения, используемого в Internet.

IP-протокол – протокол сетевого уровня стека протоколов TCP/IP, на основе которого построена глобальная сеть Internet. Протокол IP предназначается для адресации объектов внутри сети маршрутизации пакетов информации и гарантированной доставки пакетов по адресу назначения.

Modbus — последовательный коммуникационный протокол, основанный на архитектуре «клиент-сервер». Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP (Modbus TCP).

PROFIBUS (Process Field Bus) — открытая промышленная сеть, прототип которой был разработан компанией Siemens AG для своих промышленных контроллеров SIMATIC, на основе этого прототипа Организация пользователей PROFIBUS разработала международные стандарты, принятые затем некоторыми национальными комитетами по стандартизации, широко распространена в машиностроении и управлении промышленным оборудованием. Сеть PROFIBUS — это комплексное понятие, она основывается на нескольких стандартах и протоколах. Сеть отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170.

PROFINET — коммуникационный протокол, определяемый стандартами IEC 61158 и IEC 61784 для использования в системах автоматизации. В основе PROFINET лежит Industrial Ethernet.

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, СМИС, систем экологического мониторинга, научного эксперимента и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль выполнения технологических процессов в реальном времени.

Введение

Настоящая работа выполняется в соответствии с контрактом №10623р/19116 от 29.06.2012.

Цель работы: Анализ, исследование и проектирование эскизной автоматизированной 9-и секционной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) Дортрон типа АСУТП-DOT9-2,8 транспортных модулей типа ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 инновационной дороги-долгожителя.

Цель подэтапа № 1.1: Анализ состояния вопроса, постановка задачи. Исходные требования к автоматизированной 9-и секционной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП) Дортрон типа АСУТП-DOT9-2,8 транспортных модулей типа ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 инновационной дороги-долгожителя.

Задачи подэтапа:

1 Анализ состояния вопроса;

2 Постановка задачи;

3 Разработка исходных требований.

Оценка современного состояния автоматического управления технологическими процессами (АСУ ТП) транспортных систем свидетельствует о несоответствии существующего уровня требованиям энерго и ресурсосбережения, охраны окружающей среды, эффективности производства.

Анализ состояния вопроса свидетельствует о необходимости выполнения научных исследований и разработки эскизной автоматизированной 9-и секционной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) Дортрон типа АСУТП-DOT9-2,8 транспортных модулей типа ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50.

Планируемый уровень разработки с учетом комплексного решения сопутствующих задач транспортных систем и автоматизируемых технологических комплексов будет патентоспособным, не известным из существующего уровня техники и выше мирового уровня.

Способ управления и техническое решение разработки будут запатентованы.

Тема исследования актуальна в связи с существующим состоянием транспортных систем, их высокой материалоемкостью, энергоемкостью, недолговечностью, высокими затратами на их содержание с учетом территориально климатических факторов.

Настоящий этап является постановочным, результатом этапа является разработка исходных требований к АСУ ТП на основе проведенного анализа.

Разработана структура и определен состав автоматизированных технологических комплексов, входящих в транспортный модуль, разработана структура информационного взаимодействия АСУТП-DOT9-2,8 с АСУ отдельных автоматизированных технологических комплексов надземной и подземной частей транспортного модуля, разработана структура АСУТП-DOT9-2,8, сформулированы исходные требования к ней.

1 Анализ состояния вопроса

1.1 Общие сведения

1.1.1 Планетарная сеть поселений Saint cross и транспортных модулей типа тм 5060/50, т-гзлп/як-м-5060/450/50

Планетарная модель глобальной сети Sharupich.net самоокупаемых бессмертных экопоселений (биокультиваторов) типа СБЭ-ОАОЭ-СК-3000 Святой крест представляет шахматную систему размещения на планете Земля 2166 тыс. поселений Святой крест [1].

Генеральный план СБЭ-ОАОЭ-СК-3000 Святой крест приведен на рисунке 1.

А)

А)

А – размеры территории, Б – схема размещения зон, автобанов

Рисунок 1 - Генеральный план экологически чистого самоокупаемого бессмертного биокультиватора (экопоселения) типа СБЭ-ОАОЭ-СК-3000 Святой крест. Проект института НИПИ «Градоагроэкопром». Масштаб М 1:500.

Сельскохозяйственная зона типа СЗ – 10000 образует четыре лепестка (квартала) креста и охватывает центральный квадрат жилищно-производственной зоны типа ЖПЗ рисунок 1[1].

Сельскохозяйственная зона предназначена для сельхозугодий (ферм, коровников, теплиц, полей, хранилищ, предприятий переработки). Кварталы сельскохозяйственной зоны прилегают к территории жилищно-производственной зоны.

Учитывая, что каждый из четырех кварталов сельскохозяйственной зоны, принадлежит четырем, соседствующим экологически чистым самоокупаемым бессмертным экопоселениям, то из четырех кварталов сельскохозяйственной зоны только один квартал сельскохозяйственной зоны принадлежит одному экопоселению и является составной частью его жилищно-производственной зоны.

Поля сельскохозяйственной зоны оснащены подземными транспортными коммуникациями с технологическими системами и комплексами, обеспечивающими автоматизированную доставку семян, удобрений, уборку и доставку урожая в зоны сортировки, переработки, использования, что позволяет высвободить квалифицированных специалистов для исследований, разработки, производства и эксплуатации новых типов автоматизированных комплексов полной механической обработки почвы, ухода за сельскохозяйственными культурами, уборки и хранения урожая.

Жилищно-производственная зона выполняется в форме четырех сегментов (секторов), образованных с двух сторон административно-хозяйственным крестом, путем пересечения двух проспектов шириной по 100 м, вдоль которых размещаются административно-хозяйственные предприятия, а с двух других сторон производственной зоной (см. рисунок 1).

Жилищно-производственная зона включает четыре сектора, которые в свою очередь состоят из кварталов и родовых поместий.

Автобаны (автомагистрали) - транспортные модули типа ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 шириной 100 метров расположены по периметру жилищно-производственных и сельскохозяйственных зон [2] (см. рисунок 1).

Транспортный модуль ТМ 5060/50, Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50 представляет собой транспортную систему с природно-климатической защитой в форме цилиндрической оболочки, состоящей из двух частей: надземной и подземной. Надземная часть транспортной системы представляет собой прозрачный полуцилиндр над полотном автодороги. Подземная часть транспортной системы представляет собой бетонный полуцилиндр, в теле которого размещен тоннельный комплекс из 29 тоннелей, совмещенных с метро, железными дорогами, нефтепроводами, водоводами, газопроводами, теплотрассами, сетями ливневой, канализации, кабельными сетями, линиями связи, очистными сооружениями, транспортными развязками (рисунок 2, 3).

Рисунок 2 - Транспортный модуль типа ТМ 5060/50

Рисунок 3 - Транспортный модуль типа Т-ГЗЛП/ЯК-М-5060/450/50