Введение. За прошедшее десятилетие автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) нефтепереработки и нефтехимии получили существенное

За прошедшее десятилетие автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) нефтепереработки и нефтехимии получили существенное развитие в количественном и качественном отно­шениях. Установилась масштабная деятельность зарубежных и отечествен­ных фирм по созданию программного обеспечения задач контроля и управ­ления технологическими процессами. При этом основным является разви­тие косвенных методов контроля неизмеряемых величин (переменных), адап­тивного и многосвязного регулирования, оптимального управления и экс­пертных систем.

Осуществлен переход от устаревшего пневматического оборудования и традиционных щитовых систем к электронным микропроцессорным бесщитовым распределенным АСУТП сетевой архитектуры, в составе кото­рых широко используются IBM-совместимые ПЭВМ и новейшие программные средства.

Появились организации (фирмы), выполняющие разработку и внедрение АСУТП "под ключ", включая изготовление и комплектацию оборудова­ния. Усилившаяся конкурентная борьба способствовала повышению каче­ства и снижению стоимости технических средств, программного обеспече­ния и выполняемых работ. Большое внимание уделено повышению надеж­ности систем.

АСУТП нефтепереработки и нефтехимии традиционно строятся по двух­уровневому принципу.

Информационно-управляющая подсистема нижнего уровня предназна­чена для оперативного контроля, автоматического регулирования и ручного дистанционного управления процессами, программно-логического управ­ления технологическими агрегатами, контроля состояния, сигнализации, блокировки и защиты оборудования в аварийных ситуациях.

Информационно-управляющая подсистема является централизованной по характеру процессов контроля и управления, осуществляемых на каж­дом рабочем месте, и распределенной по аппаратной реализации своих фун­кций. Задачи контроля и управления, решаемые в рамках этой подсистемы, достаточно универсальны и мало зависят от свойств объекта управления, а используемое программное обеспечение определяется выбором техничес­ких средств.

Функционирование информационно-управляющей подсистемы связано с переработкой текущей информации, поступающей с объекта. Решение задач, использующих информацию, накапливаемую за достаточно продол­жительные интервалы времени, как правило, характерно для верхнего уровня АСУТП.

Подсистема верхнего уровня АСУТП является централизованной как по

способам хранения и обработки информации, так и по аппаратной реализа­ции, и ориентирована на решение задач расчетного характера. В составе функциональных задач верхнего уровня АСУТП выполняются технологи­ческие и технико-экономические расчеты, диагностика состояния техноло­гического оборудования и учет времени его работы, прогнозирование пока­зателей качества выпускаемой продукции, оптимальное управление уста­новкой в целом и каждой из ее секций, архивирование значений технологи­ческих переменных с целью их апостериорного анализа.

Определяющими факторами, характеризующими качество подсистемы вер­хнего уровня, является, прежде всего, универсальность используемых алго­ритмов, обеспечивающая возможность их применения на различных объек­тах, а также гибкость системы, удобство ее настройки и сопровождения.

В составе технических средств распределенных АСУТП выделяются следующие аппаратно-функциональные элементы:

- субкомплексы связи с объектом, обеспечивающие сбор информации,
формирование и выдачу управляющих воздействий;

- рабочие места операторов-технологов, реализующих систему отображения информации и человеко-машинный интерфейс связи с процессом;

- вычислитель для решения функциональных задач верхнего уровня.
Большинство зарубежных и отечественных фирм считают основным

подходом к организации субкомплексов связи с объектом на основе про­граммируемых контроллеров, обеспечивая их использование как в составе сложных систем, так и автономно.

Высокая надежность микропроцессорных программируемых контрол­леров (МПК) обеспечивается путем аппаратного резервирования (дубли­рования или троирования) устройства в целом или отдельных информаци­онных каналов. Живучесть выполняемых функций достигается высокой степенью их распределения по аппаратным средствам за счет применения функциональных плат.

Рабочее место оператора-технолога предназначено для обеспечения кон­троля и управления ходом технологического процесса и его агрегатами без привлечения дополнительных средств. Организовано рабочее место опера­тора-технолога на базе контроллеров, оснащенных цветными графически­ми терминалами, алфавитно-цифровыми и функциональными клавиатура­ми. Многие фирмы используют сенсорные экраны, позволяющие переме­щать курсор по полю экрана прикосновением пальца.

В составе автоматизированного места оператора-технолога функцио­нируют подсистемы отображения информации, автоматического контроля и сигнализации, связи оператора с технологическим процессом и системой.

Подсистема отображения реализует информационную модель управля­емого объекта в виде последовательности кадров, вызываемых на экране

цветных графических терминалов. Каждый кадр представляет собой мнемосхему участка технологического процесса с текущими значениями соответствующих переменных, набор графиков изменения этих переменных во времени или гистограмм распределения нарушений для границ различного уровня.

Идеология построения систем отображения информации в настоящее время предусматривает два основных принципа их реализации:

- представление информации по мере возникновения каких- либо нару­шений или по требованию оператора;

- безусловное представление основной информации о ходе технологи­ческого процесса и ее последующей детализации при возникновении нару­шений, либо по желанию оператора.

Примером осуществления первого принципа являются системы амери­канских фирм Taylor МОД - 300, Honeywell ТДС - 3000. Конфигурирование этих систем основано на понятиях "зона контроля", "группа элементов" и "динамический элемент", обеспечена возможность изменения задания ре­гуляторам при их вызове, осуществляемом подведением курсора к значе­нию соответствующей переменой.

Второй принцип организации систем отображения информации являет­ся более последовательным в идеологическом плане. Он базируется на чет­ком разделении смыслового содержания отображаемой информации и спо­собов ее отображения.

Состав информации на выводимых кадрах выбирается из условия мак­симальной информативности их сопоставительного анализа в каждой кон­кретной ситуации, а формы ее отображения обеспечивают наилучшую пси­хологическую восприимчивость для оператора в зависимости от характера сопоставления. Любые действия оператора начинаются с вызова требуемо­го ему информационного кадра. Запросы на выводы кадров могут быть орга­низованы различными способами:

- прямым вызовом по имени (имеется подсказка - меню) или нажатием
соответствующей этому кадру клавиши на алфавитно-цифровой или функ­циональной клавиатурах;

- подведением курсора в определенное место мнемосхемы (обзорного
кадра) или движением "окна" по мнемосхеме (детализация участков мнемосхемы);

- последовательным перелистыванием в прямом и обратном направлениях.

Регуляторы отображаются в привычном для операторов виде стилизо­ванных шкал, а величина задания изменяется с помощью клавиш увеличе­ния или уменьшения.

Совпадение текущих значений регулируемой переменной и задания ото­бражается на шкале с учетом точности измерений. Управление дискретны-

ми элементами (насосами, компрессорами, задвижками, отсечными клапа­нами), требующее незамедлительных действий оператора в определенных ситуациях, организовано на базе функциональных клавиатур, что значитель­но снижает время его реакции при возникновении нарушений.

Средствами конфигурирования системы могут быть специализирован­ные языки описания системы, заполнения таблиц, ответы на вопросы меню.

Выполняется конфигурирование либо с рабочей консоли оператора, либо с помощью специализированной или персональной ЭВМ, подключенной к системе.

Надежность и живучесть функций рабочего места оператора-технолога обеспечивается введением резервной станции с организацией для нее дос­тупа к информации по всем имеющимся зонам контроля.

В системах управления технологическими процессами используются сети, являющиеся разновидностями стандартного протокола МАР - протокола автоматизации производства, разработанного компанией General Motors (США).

Основными направлениями совершенствования функций контроля и управления в АСУТП являются разработка алгоритмов реального времени для косвенного контроля неизмеряемых переменных, автоматизация на­стройки регуляторов, адаптивного одноконтурного и многосвязного регу­лирования, оптимального управления и экспертных систем.

В основе всех указанных разработок лежит математическая модель тех­нологического процесса, получаемая методами статистики (объектно - независимые пакеты), формальной кинетики (объектно-зависимые пакеты) и теория нечетких множеств (для экспертных систем).