8. Техническое задание на разработку АСУТП.
На этой стадии производится формализация и утверждение требований к системе, что во многом определяет конечный результат. Документ полностью должен соответствовать ГОСТ 34.602-89 «Техническое задание на создание автоматизированной системы». Ниже приведен пример содержания этого документа. Курсивом выделен возможный вариант ТЗ.
1. Общие сведения
1.1 Полное наименование системы и ее условное обозначение
Автоматизированная система управления процессом затирания и фильтрования пивного сусла.
Шифр состоит из кода предприятия, порядкового номера разрабатываемого документа и его обозначения, например, ККБ. 123456. 001ТЗ.
1.2 Номер договора между организацией Разработчик и организацией Заказчик, на основании которого производится разработка АСУ ТП.
1.3 Наименование организаций Разработчика и Заказчика системы и их реквизиты.
1.4 Сроки выполнения работы по созданию системы
Сроки начала выполнения этапов работы определяются началом финансирования и получения соответствующих исходных данных.
Этапы работы:
1. Проектные работы – 2 месяца.
2. Комплектация и изготовление оборудования – 3 месяца.
3. Отработка программного обеспечения совместно с оборудованием на стенде исполнителя. Поставка оборудования Заказчику – 1 неделя.
4. Шеф монтажные работы по оборудованию АСУ ТП– 1 неделя.
5. Пуско-наладочные работы по оборудованию АСУ ТП– 1 неделя.
6. Обучение оперативного персонала Заказчика – 1 неделя.
2. Назначение и цели создания системы.
2.1. Назначение системы
Разрабатываемая АСУ технологического процесса затирания и фильтрования пивного сусла предназначена для:
- контроля состояния объекта путём измерения его технологических параметров и параметров состояния оборудования;
- регулирования технологических параметров;
-управления исполнительными механизмами и приводами оборудования;
- сигнализации предельных значений параметров технологического процесса и состояния оборудования;
- отображение принимаемой и обрабатываемой информации.
- определения аварийных ситуаций на технологических узлах путем опроса датчиков в автоматическом режиме, анализа измеренных значений, выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы в автоматическом режиме или по инициативе оперативного персонала.
Разрабатываемая АСУТП относится к информационно-управляющей системе и предназначена для управления технологическим процессом затирания и фильтрования пивного сусла.
2.2 Цели создания:
При разработке этого раздела необходимо учитывать, что внедрение АСУТП должно обеспечить достижение главной цели политики предприятия в области качества. В зависимости от специфики производства и особенностей создаваемой АСУ ТП целями могут быть:
- сбор и обработка сигналов уровня 4-20 мA;
- сбор и обработка дискретных сигналов положения концевых выключателей;
- получение стабильной прибыли за счет производства конкурентоспособной продукции;
- стабилизация технологических параметров и качественных показателей продукции;
- увеличение выхода товарной продукции;
- уменьшение материальных и энергетических;
- повышение эффективности управления, обусловленное увеличением информационного обеспечения;
- повышение культуры труда технологического персонала за счет предоставляемого системой сервиса;
- уменьшение количества выполняемых технологическим персоналом функций за счет их автоматизации;
- улучшение качественных показателей конечной продукции (указать конкретно каких показателей и какой продукции);
- предотвращение аварийных ситуаций;
- улучшение экологической обстановки за счет уменьшения загрязненности промышленных стыков и выброса вредных веществ в атмосферу (если это предусматривается системой);
- обеспечение (в случае необходимости) развитие системы и ее интеграцию в производственную информационную сеть.
3. Характеристики объекта управления
Основные характеристики объекта автоматизации приведены в приложениях:
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Описание технологического процесса затирания и фильтрования пивного сусла.
Должна быть приведена технологическая схема с указанием технологических объектов, основных и вспомогательных материалопотоков, описание технологии переработки и назначение оборудования.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Исходный перечень входов-выходов АСУ участка затирания и фильтрования пивного сусла.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Сводные перечни входов-выходов РСУ участка затирания и фильтрования пивного сусла.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Структурная схема АСУ участка затирания и фильтрования пивного сусла.
4. Требования к системе
Система должна выполнять информационные, управляющие функции, а также функции сигнализации и блокировок.
АСУ ТП должна обеспечивать:
4.1. Требования к структуре и функционированию системы
АСУ ТП должна выполнять следующие функции:
1. Автоматизированный сбор и первичную обработку технологической информации:
а) Опрос аналоговых датчиков:
- температуры воды на входе в заторный аппарат I, фильтрационный чан и хмелеотделитель;
- температуры затора в заторных аппаратах и сусловарочном котле;
- давления пара в заторных аппаратах и сусловарочном котле и на входе в них;
- расхода пара, поступающего в заторные аппараты и сусловарочный котёл;
- расхода воды, поступающей в заторный аппарат I, фильтрационный чан и хмелеотделитель;
- уровня затора в заторных аппаратах;
- содержания сахара в заторе в заторных аппаратах;
- плотности осахаренного затора в фильтрационном чане;
- содержания сухих веществ в сусловарочном котле;
- плотности горячего сусла на выходе из хмелеотделителя;
- расхода сусла после хмелеотделителя
б) Опрос дискретных датчиков:
- уровня затора в фильтрационном чане, сусловарочном котле и хмелеотделителе.
2. Автоматический контроль состояния оборудования технологического процесса (сигналов состояния):
- электроприводов мешалок в заторных аппаратах и сусловарочном котле;
- электроприводов насосов, перекачивающих затор между заторными аппаратами;
- регулирующих клапанов подачи пара в заторные аппараты и сусловарочный котёл;
- регулирующих клапанов подачи воды в заторный аппарат I, фильтрационный чан и хмелеотделитель;
- регулирующего клапана подачи осахаренного затора в фильтрационный чан;
- задвижки подачи дроблёного солода в заторный аппарат I;
- задвижки подачи хмеля в сусловарочный котёл;
- задвижки подачи охмеленного сусла в хмелеотделитель;
- задвижки выпуска сусла из фильтрационного чана;
- задвижки выпуска горячего сусла из хмелеотделителя.
3. Предупредительную сигнализацию при выходе технологических параметров за установленное значение:
- температуры затора в заторных аппаратах и сусловарочном котле;
- температуры воды на входе в заторный аппарат I, фильтрационный чан и хмелеотделитель;
- давления пара в заторных аппаратах и сусловарочным котлом и на входе в них;
- расхода пара, поступающего в заторные аппараты и сусловарочный котёл;
- расхода воды, поступающей в заторный аппарат I, фильтрационный чан и хмелеотделитель;
- уровня затора в заторных чанах, фильтрационном чане, сусловарочном котле и хмелеотделителе;
- содержания сахара в заторный аппарат II;
- содержания сухих веществ в сусловарочном котле;
- плотности затора в фильтрационном чане и на выходе из хмелеотделителя.
4. Управление технологическим процессом в реальном масштабе времени.
4.1. Регулирование технологических параметров:
- регулирование температуры и давления в заторных аппаратах и сусловарочном котле путём подачи в них пара;
- регулирование уровня затора в заторном аппарате I путём подачи в него воды и дроблёного солода;
- управление длительностью затирания в заторном аппарате I по сигналу с сахариметра;
- управление длительностью варки сусла в сусловарочном котле при помощи задвижки;
- регулирование уровня осахаренного затора в фильтрационном чане путём подачи в него воды и дроблёного солода;
- регулирование уровня охмеленного сусла в сусловарочном котле путём подачи в него хмеля и осахаренного затора;
- регулирование уровня горячего сусла в хмелеотделителе путём подачи в него воды и охмеленного сусла;
- управление длительностью фильтрации в фильтрационном чане по сигналу с датчика плотности.
4.2 Программно-логическое управление технологическим оборудованием (указать основные алгоритмы и управления).
4.3. Формирование команд блокировки при выходе определенных параметров за допустимые значения (указать какие блокировки предусмотрены).
5. Расчет технологических и технико-экономических показателей
Расчет технико-экономических показателей включает определение количеств веществ, израсходованных или полученных за определенные интервалы времени (указать каких продуктов).
6. Представление информации в виде значений или графиков на дисплее.
Функция отображения информации должна обеспечить по запросу оператора-технолога вывод на экран дисплея оперативной информации о текущем состоянии технологического процесса и оборудования, представляемой в виде мнемосхем, трендов, сводок, значений параметров.
На выводимых кадрах должна быть предусмотрена предупредительная и аварийная сигнализация по двум границам нарушений (верхней и нижней), сигнализация выхода за границы достоверности и сигнализация обрыва датчика. Сигнализация выхода за границы выражается миганием значений переменных, после снятия мигания значения переменных горят цветом, соответствующим состоянию переменных.
8. Печать технологической документации
Любую информацию (мнемосхемы, тренды) операторы-технологи в любой момент времени должны иметь возможность вывести на печать с использованием внешнего носителя информации (USB Flash Drive) в виде текстовых и графических файлов.
4.2. Требования к численности и квалификации персонала.
Весь персонал системы в соответствии с выполняемой ролью делится на две категории:
Оперативный технологический персонал: аппаратчики, технологи, начальники технологических установок, оператор - технолог, начальник смены, начальник цеха.
Эксплуатационный персонал: инженер-электрик; инженер-программист; начальник сектора, сменный инженер.
Численность и номенклатура персонала устанавливается в зависимости от специфики объекта автоматизации. Внедрение Системы потребует специальной подготовки персонала. Перед вводом Системы в эксплуатацию персонал должен пройти соответствующее обучение.
4.3. Требования к надежности
Система должна быть многофункциональной, восстанавливаемой и должна характеризоваться показателями безотказности (наработка на отказ в тыс. часов) по основным выполняемым функциям:
- централизованный контроль параметров и сигнализация нарушений;
- дистанционное управление;
- регулирование.
Показатели надежности должны отвечать требованиям ГОСТ 24.701-86. Система должна отвечать следующим требованиям к надежнос¬ти (РД 50-650): - для АСУ ТП комплексным показателем надежности по каждой функции является коэффициент готовности. Коэффициент готовности, должен быть не менее 0.995 при допустимом времени восстановления 1 час. В это время должно входить, помимо времени обнаружения отказа и замены отказавшего сменного блока, организационное время, затрачиваемое на получение и доставку исправного блока из комплекта ЗИП к месту расположения оборудования и его проверку. При этом система должна допускать восстановление отдельных ее частей без прерывания функционирования всей системы.
Средний срок службы системы - 10 лет. Гарантийный срок хранения системы - 2 года с момента ее приемки на заводе-изготовителе. Гарантийный срок эксплуатации - 18 месяцев в пределах гарантий ного срока хранения при соблюдении заказчиком условий хранения и эксплуатации, оговоренных настоящим ТЗ.
Система должна быть обеспечена комплектом ЗИП на весь гарантийный срок, определенным по расчету надежности, при этом вероятность обеспечения ЗИП на этот срок должна быть не менее 0.99. В течение всего оставшегося срока службы комплект ЗИП должен пополняться в соответствии с условиями договора на сервисное обслуживание.
4.4. Требования безопасности
1. В систему, при необходимости, должны вводиться сигналы, предупреждающие об образовании недопустимых концентраций в производственных помещениях.
2. Технические средства (датчики, исполнительные механизмы и т.д.), размещаемые во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок и имеющие связи с системой, должны иметь степень защиты, соответствующую группе и категории взрывоопасной смеси, которая может образовываться в данной зоне.
3. Для параметров, определяющих взрывоопасность объектов, должна быть предусмотрена предаварийная сигнализация.
4. Для исполнительных механизмов должна быть предусмотрена сигнализация крайних положений.
5. Предусмотреть звуковую сигнализацию:
- предупредительная технологическая;
- аварийная;
6. Все внешние элементы технических средств системы, находящиеся под напряжением, должны иметь защиту от случайного прикосновения человека, а сами технические средства – заземлены.
4.5. Требования по эргономике и технической эстетике
Взаимодействие человека с системой осуществляется через контроллеры, оборудованные жестким диском, алфавитно-цифровой клавиатурой, функциональным средством графического управления типа "мышь".
Отображение информации на экране цветного графического дисплея должно обеспечивать получение оператором-технологом полной характеристики текущего состояния технологического процесса и оборудования и возможность управления ими в виде, наиболее удобном для восприятия в каждой конкретной ситуации.
Размеры экрана должны быть достаточными для вывода на него определенных фрагментов каждой технологической установки. Фрагменты не должны быть перенасыщены информацией и разнообразием цветовой гаммы.
Предупредительная сигнализация должна сопровождаться мерцанием или изменением цвета цифровых значений переменных или фона на экранах дисплеев. Аварийные ситуации сопровождаются, дополнительно, звуковой сигнализацией, квитируемой оператором-технологом. Связь оператора-технолога с процессом и системой реализуется через запросы, которые должны быть максимально упрощены и обладать адекватной мнемоникой.
Расположение технических средств системы должно быть рациональным как с точки зрения монтажных связей между ними, так и удобства их эксплуатации и обслуживания.
4.6. Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению
Система может эксплуатироваться круглосуточно. Виды, периодичность и регламент обслуживания технических средств должны быть указаны в соответствующих инструкциях.
Система должна иметь бесперебойное электропитание, обеспечивающее ее функционирование в течение 15 мин. после аварийного отключения электроэнергии.
Колебание напряжения промышленной сети (пуски насосов, компрессора, сварочные аппараты и т.д.) и импульсные помехи не должны сказываться на питании АСУ ТП.
В состав обслуживающего персонала должны входить специалисты следующих профилей:
- по КИП и А;
- технолог для сопровождения функциональных задач;
- инженер-электронщик;
- системный программист.
Количество специалистов определяется Заказчиком.
4.7. Требования к защите информации от несанкционированного доступа
Для обеспечения нормального функционирования системы, предотвращения искажения информации от случайных воздействий со стороны лиц обслуживающего персонала, не имеющих доступа к отдельным частям системы, в программном обеспечении системы должна быть предусмотрена защита информации от несанкционированного доступа.
Технически защита осуществляется через пароль - приоритетно. Исполнение пароля может быть выполнено с применением ключей или программно.
4.8. Требования к средствам защиты от внешних воздействий
Технические средства системы должны быть устойчивы к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха:
- температура окружающего воздуха от 15 до 25С;
- относительная влажность окружающего воздуха от 40 до 80 % при температуре 25С;
- атмосферное давление от 84 кПа до 107 кПа (от 630 до 800 мм. рт. ст.)
Защита технических средств от внешних электрических и магнитных полей, а также помех по цепям питания должна быть достаточной для нормального функционирования системы. Для этих целей в системе применяются специальные аппаратные (схемные) и программные решения:
- гальваническая развязка технических средств от технологического оборудования;
- применение витых пар для передачи электрических сигналов;
- фильтрация помех по цепям питания и информационным цепям;
- применение микросхемной элементной базы, обладающей повышенными быстродействием и помехозащищенностью.
4.9. Требования к патентной чистоте
Разрабатываемая система не предназначается на экспорт, поэтому ограничения по патентной чистоте не накладываются.
4.10. Требования к стандартизации и унификации
Разрабатываемая система должна быть универсальной, обеспечивать возможность ее использования на широком классе объектов управления и соответствовать достигнутому мировому уровню в области создания АСУ ТП, функциональному развитию, удобству эксплуатации и обслуживания.
5. Требования к видам обеспечения
5.1. Требования к Информационному обеспечению.
Информационное обеспечение АСУТП включает в себя следующие категории данных:
• Текущие значения технологических переменных, поступающих в систему в результате опроса датчиков и первичной переработки информации;
• Границы переменных различных уровней, настройки алгоритмов управления, информация привязки программного обеспечения к конкретному объекту;
• Тексты программ и загрузочные модули.
Для обмена информацией в рамках распределённой Системы должна быть создана база данных, обеспечивающая доступ к данным с локальных элементов сети, которыми являются:
• Периферийные микропроцессорные устройства - контроллеры;
• Многофункциональные операторские станции - рабочие места технологического персонала;
• Инженерная станция.
Для удобства работы технологов-операторов с большими объемами разнообразной информации, и для выработки соответствующих стереотипов взаимодействия с Системой, Информационное обеспечение Системы должно быть структурировано и иметь иерархическую организацию.
Должны быть предусмотрены следующие стандартные операционные панели (видеоизображения, кадры, окна):
1. Панели общего обзора
Предназначены для контроля над работой всего производства в целом и для получения доступа к более подробным панелям при возникновении такой необходимости.
2. Мнемосхемы
Относятся к наиболее важным типам операционных панелей. Представляют собой графическое изображение основного технологического оборудования, средств КИПиА, и отображают структуру алгоритмов управления и защиты, и их состояние.
3. Панели группы приборов
Представляют и описывают состояние лицевых панелей 8-12 приборов.
4. Панели настройки
Описывают параметры конкретного устройства / прибора / регулятора и предоставляют возможность его настройки.
5. Панели сигналов тревоги
Отражают в хронологическом порядке предупредительную и предаварийную сигнализацию процесса.
6. Панели регистрации хода процесса (тренды) Должны быть предусмотрены 2 вида панелей для графического отображения данных о ходе процесса во времени:
- Панель группы из 6 - 12 трендов,
— Панель одиночного тренда.
Технологу-оператору должны быть представлены простые и естественные способы вызова и ввода данных для различных панелей, как то:
• Кнопка на функциональной клавиатуре;
• Указание элемента на экране;
• Выбор из меню;
• Ввод данных через соответствующую зону на экране.
Все настроечные константы, информация привязки, алгоритмы решения задач и тексты программ должны храниться на дублирующих носителях и обновляться при внесении изменений в Систему.
5.2. Требования к Лингвистическому обеспечению.
Для реализации функций АСУТП должны использоваться современные средства конфигурирования и визуального программирования, ориентированные на специалистов-разработчиков АСУТП.Эти средства позволяют существенно минимизировать время разработки, и придают исключительную наглядность алгоритмам переработки информации и управления.
Ввиду отсутствия отечественных нормативных документов, в качестве их прототипа необходимо использовать разработанный Международной Электротехнической Комиссией (МЭК) стандарт IEC 61131-3, регламентирующий полноту и синтаксис языков технологического программирования.
В соответствии с этим стандартом Система должна иметь, как минимум, следующие средства технологического программирования:
1. Function Block Diagrams - Графический язык функциональных блоков;
2. Sequential Function Chart - Функциональные схемы для описания последовательности операций.
Для разработки систем противоаварийной защиты дополнительно предусматривается:
3. Ladder Logic Diagrams - Графические средства описания логических схем.
Для разработки прикладных программ, в частности, технологических и технико-экономических расчётов, должен быть предусмотрен
4. Проблемно-ориентированный язык высокого уровня, позволяющий создавать новые задачи, оперативно их корректировать, сохранять результаты решения задач в базе данных, организовывать запуск задач по запросу и по времени с соответствующими приоритетами.
Вся представленная на экранах мониторов и в печатных отчетах смысловая и текстовая информация для технологического и эксплуатационного персонала должна быть на русском языке.
5.3. Требования к стандартному Программному обеспечению.
Для реализации задач распределённой Системы должно использоваться специализированное программное обеспечение, функционирующее в среде многозадачной операционной системы реального времени. Характеристики программного обеспечения должны удовлетворять требованиям по выполнению функций, указанных в предыдущих разделах.
Сетевые программные средства, обеспечивающие объединение подсистем управления, операторских станций и средств архивирования данных в единую Систему, должны реализовывать загрузку и управление запуском задач, обеспечивать обмен между задачами и базами данных, и предоставлять доступ к периферийным устройствам.
Система управления должна иметь возможность оперативного конфигурирования прикладного программного обеспечения в процессе функционирования АСУТП.
Все ошибочные ситуации, возникающие при работе программ, должны диагностироваться, сопровождаться сообщениями, и не должны вызывать нарушений в работе Системы.
5.4. Требования к прикладному программному ("математическому") обеспечению.
Математическое обеспечение Системы должно обеспечивать реализацию перечисленных в данном ТЗ функций, а также выполнение операций конфигурирования, программирования, управления базами данных и документирования.
Прикладное программное обеспечение АСУТП должно обеспечить реализацию требуемых алгоритмов контроля, регулирования и защиты, отображения информации, сигнализации и архивирования данных.
Алгоритмы управления должны иметь возможность пере-конфигурирования, и реализовываться через библиотечные блочные структуры.
5.5. Требования к Техническому обеспечению.
Комплекс технических средств АСУ ТП должен быть достаточен для реализации определенных данным ТЗ функций, и строиться на базе следующих специализированных программно-технических комплексов:
• Средства КИПиА, в том числе датчики, исполнительные механизмы, электронные микропроцессорные регуляторы и поточные анализаторы качества;
• Периферийные микропроцессорные устройства -подсистемы управления, или контроллеры;
• Многофункциональные операторские и инженерные станции;
• Средства архивирования данных;
• Сетевое оборудование;
• Специализированные микропроцессорные контроллеры системы ПАЗ;
• Средства метрологической поверки оборудования.
Система измерений должна строиться на базе электронных датчиков расхода, давления, уровня, температуры, перепада давления, интегрирующих счетчиков, анализаторов качества и состава.
Средства измерений расходов, давлений, уровней и перепадов давлений должны иметь стандартные сигналы диапазона 4-20 мА.
Для реализации сбора и обработки информации в составе подсистем управления должны быть предусмотрены модули:
• Ввода сигналов 4-20мА;
• Ввода сигналов 4-20мА со встроенными барьерами искрозащиты;
• Входа милливольтовых сигналов со встроенными барьерами искрозащиты;
• Ввода дискретных сигналов;
• Ввода по протоколу RS-422/RS-485 от периферийных микропроцессорных устройств.
Вывод управляющих воздействий, рассчитанных по законам регулирования, должен осуществляться через модули вывода аналоговых токовых сигналов на электропневмопозиционеры, установленные на пневматических исполнительных механизмах.
Вывод дискретных управляющих воздействий и блокировок для управления электрооборудованием выполняется через модули вывода дискретных сигналов.
5.6. Требования к Метрологическому обеспечению.
Метрологическое обеспечение измерительных систем должны соответствовать ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. "Метрологическое Обеспечение измерительных систем. Основные положения". Должны быть предоставлены следующие сведения и документы:
• Назначение ИС, и сведения об ее использовании в сфере (или вне сферы) Государственного метрологического контроля и надзора;
• Сертификат об утверждении типа ИС, описание типа ИС, методику поверки, - если они используются в сфере Государственного метрологического контроля и надзора;
• Сведения об измеряемых величинах и их характеристиках;
• Перечни измерительных каналов и нормы их погрешностей;
• Условия измерений;
• Условия метрологического обслуживания.
В спецификацию оборудования АСУТП должны быть включены специальные технические и программные для калибровки измерительных каналов.
В номенклатуру контролируемых параметров входят расходы жидкостей, газов и пара, температура, давление, уровень, концентрация и т.д.
Все методики измерения, используемые в сфере государственного метрологического контроля и надзора, должны быть аттестованы.
Для измерительных каналов ИС должны быть представлены рекомендации (инструкции) по поверке (калибровке) ИК, утвержденные в установленном порядке.
Для технических средств, участвующих в процессе измерения контролируемых параметров должны быть обеспечены соответствующие условия эксплуатации (температура, влажность). Должен быть обеспечен контроль условий их эксплуатации в помещениях управления.
5.7. Организационное обеспечение АСУТП
должно быть достаточным для эффективного выполнения персоналом возложенных на него обязанностей по эксплуатации Системы. Организационное обеспечение должно включать требования по численности и квалификации персонала АСУТП и КИПиА, инструкции по каждому виду деятельности, и точное определение выполняемых функций.
|
