 Современная АСПЗ организуется по трехуровневому принципу построения:
• Полевой (объектовый) уровень.
• Уровень управления.
• Уровень диспетчеризации.
Собственно говоря, по такому же принципу строится и АСУ
ТП. Причем интеграция АСПЗ с АСУ ТП может производиться на любом из указанных уровней.
Автоматическая система
противопожарной защиты
Рассмотрим состав, назначение и способы взаимодействия
уровней АСПЗ.
На полевом уровне размещаются извещатели, исполнительные
устройства управления, оповещения и пожаротушения. Для
производственных помещений без требований к взрывозащищенности чаще всего
применяются адресно-аналоговые
точечные дымовые и тепловые
извещатели, адресные ручные
пожарные извещатели, адресные светозвуковые оповещатели.
Применение адресных устройств
позволяет повысить надежность работы системы, снизить затраты на кабели
шлейфов сигнализации и упростить
техническое обслуживание. В условиях большого предприятия возможность удаленной
автоматической диагностики состояния
оборудования является определяющей для
эксплуатационных служб.
Например, адресно-аналоговые дымовые пожарные извещатели имеют возможность передачи в ППК
(прибор приемно-контрольный пожарный) значение параметров запыленности дымовой камеры. На основании этих данных может быть составлен
план предупредительного технического обслуживания.
Для открытых производственных площадок и взрывоопасных зон применяется термокабель – линейный тепловой пожарный извещатель для монтажа
во взрывоопасных зонах. Для обнаружения открытых очагов возгорания
применяются оптические инфракрасные или ультрафиолетовые извещатели
пламени, способные обнаруживать возникновение источников возгорания
углеводородного, водородного, гидроксидного топлива, легко воспламеняемых металлов и неорганических материалов в поле зрения извещателя.
Извещатели пламени размещают в местах установки технологического
оборудования резервуарных парков, наливных эстакад и т. д. Извещатели во
взрывозащищенном исполнении подключаются к адресным расширителям
через барьер искрозащиты. Адресный расширитель, в свою очередь, включается в общий адресный шлейф наряду с другими адресными
устройствами. Для защиты от короткого замыкания в адресном шлейфе должны быть предусмотрены специальные
модули, размыкающие шлейф при обнаружении КЗ. Для
сохранения работоспособности после срабатывания модуля
КЗ, а также для защиты от обрыва адресный шлейф имеет
кольцевую топологию. Двухпроводный адресный шлейф
служит для передачи данных между адресными устройствами и ППК, а также одновременно используется для подачи
электропитания на устройства в шлейфе.
Уровень управления для АСПЗ строится на базе специализированных приемно-контрольных приборов (ППК),
которые обеспечивают обработку данных от извещателей
и выдачу команд управления на исполнительные устройства.
Как правило, данное оборудование размещается в контроллерных – специальных помещениях для управляющего
оборудования АСУ ТП. Для включения в общую систему ППК
должны иметь соответствующие интерфейсы (Ethernet, RS-
485), а также поддерживать распространенные протоколы
(Modbus RTU, Modbus TCP, OPC).
На уровне диспетчеризации организуются автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов и администраторов
АСПЗ. Связь между ППК и верхним уровнем реализуется
чаще всего через сеть Ethernet. Применение решений
Industrial Ethernet позволяет получить резервированное
подключение между уровнями управления и диспетчеризации. Многие крупные нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия подпадают под требования 188-ФЗ,
что означает обязательное применение российского программного обеспечения для решения задач по организации
уровня диспетчеризации. Это касается как прикладного,
так и системного программного обеспечения, прежде всего
операционных систем. Исходя из личного опыта и сравнительной эксплуатации нескольких отечественных ОС (МСВС,
Astra Linux, Эльбрус) могу отметить, что в настоящий момент
наиболее развитой и совершенной российской защищенной
операционной системой является Astra Linux SE релиз
«Смоленск» производства АО «НПО РусБИТех».
Автоматизированная система управления
технологическими процессами
Автоматизированная система управления технологическими процессами промышленного предприятия
(АСУ ТП) – это человеко-машинная система управления,
обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации
управления технологическим объектом в соответствии с принятыми критериями по технологии и
безопасности.
АСУ ТП строятся на основе отказоустойчивых
промышленных логических контроллеров
управления (ПЛК) для долговременной
круглосуточной эксплуатации на технологических объектах, для которых последствия
отказа представляют серьезную угрозу для
оборудования, для жизни и здоровья людей.
Современный комплекс АСУ ТП включает в себя две
основные составляющие: распределенную систему
управления (РСУ) и систему противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ). РСУ, в свою очередь, представляет собой программно-
аппаратный комплекс, состоящий из контрольно-измерительных приборов
и автоматики (КИПиА), программируемых логических контроллеров (ПЛК),
интерфейсов связи и человеко-машинного интерфейса (станция оператора,
станция инженера, станция инженера КИПиА).
РСУ – система управления, характеризующаяся построением распределённой системы ввода / вывода и децентрализацией обработки данных. РСУ,
как правило, применяются для управления непрерывными технологическими
процессами. К непрерывным процессам можно отнести те, которые должны
проходить днями и ночами, месяцами и даже годами, при этом останов
процесса, даже кратковременный, недопустим. То есть под непрерывными
процессами подразумеваются те, останов которых может привести к порче
изготавливаемой продукции, поломке технологического оборудования и
даже несчастным случаям, а также те, возобновление которых после останова связано с большими издержками.
Если рассматривать иерархическое построение АСУ ТП в сравнении с АСПЗ,
то распределение по уровням выглядит следующим образом:
Полевой уровень – это датчики, исполнительные устройств и измерительные приборы КИПиА. Устройства полевого уровня включаются в
промышленную сеть или, как чаще говорят, в полевую шину. В основном
применяют подключения на базе витой медной пары, существует большое
количество стандартов организации физического уровня и протоколов
полевых шин. Пожалуй, самыми распространенными являются Modbus и
Profibus. Modbus – это открытый промышленный протокол передачи данных, реализуемый поверх интерфейса RS-485 (Modbus RTU) или Ethernet
(Modbus TCP). Profibus (Process Field Bus) – открытая промышленная сеть,
первая реализация которой была разработана компанией Siemens для
своих промышленных контроллеров Simatic. На основе этого прототипа
разработаны международные стандарты IEC 61158 и EN 50170. Поддержкой,
стандартизацией и развитием сетей стандарта Profibus занимается Profibus
Network Organization (PNO).
Уровень управления организуется на базе программируемых логических
контроллеров (ПЛК). Если ППК в АСПЗ имеют во многом предопределенную
функциональность, то ПЛК предполагает свободную реализацию алгоритма
работы контроллера под конкретную задачу. Для программирования ПЛК
используются стандартизированные языки МЭК (IEC) стандарта IEC61131-3.
Среди них самыми распространенными являются язык релейных схем
LD (Ladder Diagram) и язык функциональных блоков FBD (Function Block
Diagram). Как уже говорилось выше, устройства нижнего уровня связаны
с ПЛК через полевые шины. Между собой контроллеры также могут быть
объединены в сеть через аналогичные интерфейсы полевых шин или через
индустриальный Ethernet. Так как РСУ предполагает децентрализованную архитектуру, то сеть ПЛК должна быть одноранговой – организована без выделенного сервера. В такой сети все узлы, в данном случае ПЛК, равноправны,
и при выходе из строя любого контроллера работоспособность остальных
устройств сохранятся. Вообще, при проектировании отказоустойчивой АСУ
предъявляются требования, что единичный выход из строя любого компонента не должен приводить к сбою в работе системы. Конечно, плата за такие
требования – резервирование оборудования и каналов передачи данных,
вследствие этого избыточность и повышение стоимости системы. Тем не
менее, для ответственных применений такой подход, безусловно, оправдан
и является единственно верным. Помимо резервирования компонентов РСУ
на потенциально опасных объектах обязательной к применению является
и система ПАЗ, которая также подстраховывает основную АСУ на случай
сбоя или отказа в обслуживании. Нарушение работы системы управления
не должно влиять на работу системы противоаварийной защиты.
Уровень диспетчеризации в АСУ ТП традиционно строится на базе специального ПО SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор данных). SCADA-системы решают следующие
основные задачи: обмен данными с ПЛК, отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме, ведение базы
данных реального времени с технологической информацией, аварийная
сигнализация и управление тревожными сообщениями, подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
| 
