Автоматизированный контроль производственных процессов водопроводной станции

Введение

Нижеследующие тезисы представляют собой попытку выявить основные черты современной полнофункциональной системы автоматизированного контроля производственных процессов водопроводной станции. На водопроводной станции выработана такая стратегия модернизации сооружений и системы управления, которая будет служить постоянной программой развития, окажется экономически целесообразной, приведёт, к скорейшему достижению поставленных целей.

1. Необходимость и цели модернизации АСУ

К настоящему времени на ВС внедрена в эксплуатацию система автоматизированного управления технологическим процессом предприятия, охватывающая все этапы производства и сооружения станции. Система обладает следующими характеристиками:

* Осуществляет автоматический сбор технологических параметров процесса водоочистки, от насосных агрегатов первого подъема до водоводов идущих в город

* Позволяет задавать режимы работы оборудования и технологические нормы большей части протекающих процессов с консоли оператора

* Отображает необходимую оперативную технологическую информацию для диспетчеров и специалистов на экране компьютера

* Ведет базу данных некоторых технических параметров производства для последующего анализа, вывода форм и передачи статистических данных в главную диспетчерскую

* Сигнализирует о наступлении аварийных ситуаций и сбоях в работе контролируемых систем

* Имеет несколько уровней контроля производственных процессов в виде последовательно отображаемых на мониторе мнемограмм с различной детализацией информации о состоянии сооружений и протекающих процессах

* Обеспечивает разделение управления станцией на центральном и местных диспетчерских пунктах, а также по отдельным технологическим объектам и процессам. Позволяет управлять работой сооружений в автоматическом режиме, - при помощи микропроцессорных контроллеров системы АСУ или из диспетчерских пунктов, - путем установки параметров технологического процесса.

Серьёзным переработкам подвергся и нижний уровень управления. Были заменены или установлены дополнительно приборы технического контроля, проложены новые кабельные линии связи контроллеров, заменены устаревшие и ненадёжные релейные схемы.

Вместе с тем, в ходе эксплуатации существующей системы АСУ, выявились конструктивные недоработки, узкие места системы; появилось четкое представление о том, какими характеристиками и возможностями должна обладать система управления технологическими процессами современного предприятия. Можно говорить о складывающейся концепции развития системы автоматизированного управления производством.

Большая часть эксплуатируемого оборудования выработала свой ресурс, что влечет дополнительные расходы на обслуживание и ремонт системы. Многие узлы управления стыкуются с устаревшим запорным оборудованием или контрольно-измерительным, что приводит к поломкам и искажению поступающих в систему данных. Сбои в системах электропитания также являются причиной большой части выходов из строя элементов АСУ. Модернизация и замена устаревшего оборудования необходима.

Но настоящие причины проведения модернизации системы управления другие. Внедрение АСУ ТП на водопроводной станции происходило поэтапно и не изменяло существующей концепции управления технологическим процессом. Существующая система автоматизированного управления построена на основе старой системы ручного управления станцией и унаследовала все её особенности и характеристики. По существу система управления станцией осталась прежней, - т.е. административно-иерархической с четким разделением должностных обязанностей и прав. Все что добавила в эту модель АСУ, - это предоставление большего объема информации для принятия решений персоналом и возможность функционирования отдельных процессов в режиме автоматического управления. Из-за непрерывно возрастающей сложности АСУ, растет число ошибок в системе управления. Ни один человек или подразделение на станции уже не могут обладать всей информацией о производственном процессе. Информация при передаче ее по звеньям цепи управления искажается, что приводит к ошибкам, как в эксплуатации, так и при планировании развития и модернизации станции. Сама же система автоматизированного управления все еще раздроблена и ориентирована на решение локальных задач управления отдельными сооружениями, но не на управление производственным процессом в целом. Коренная модернизация АСУ ТП потребует качественного изменения схемы управления.

Переориентация на централизованную систему автоматизированного управления предприятием в настоящее время недоступна, как из-за слабой интеграции отдельных компонентов системы АСУ, так и из-за, действующей прежней схемы управления и эксплуатации оборудования. Для того чтобы реализовать иную схему, необходимо разрешить две основные проблемы.

Во-первых, должна быть создана единая среда автоматизированного управления станции. Т.е должна быть реализована возможность управления всем оборудованием из любого места системы с достаточной надежностью и скоростью реакции на происходящие события производственного процесса. Требует существенного расширения нижний уровень системы. Все узлы должны быть снабжены дополнительными датчиками, позволяющими выяснить и своевременно устранить причины отказа или сбоя оборудования (датчиками/электропитания, температуры агрегатов, вибродатчиками и пр.). Оборудование АСУ должно быть интегрировано на основе открытых стандартов. Большая часть неисправностей, возникающих регулярно, должна предусматривать регулярное совершенствование всех систем вплоть до полного устранения причин этих неисправностей. В помощь операторам должна быть создана экспертная система, предлагающая решение (переход в режим ручного управления, отключение определенного оборудования или схему переключения) на все известные аварийные ситуации. Таким образом, речь идет о реорганизации и расширении существующей АСУ ТП.

Во вторых, необходимо изменить методы эксплуатации оборудования. Необходимо перейти от разделения ответственности к созданию комплексных, эксплуатирующих оборудование бригад, способных в максимально короткий срок решить все вопросы (от организационно-снабженческих до технических) и устранить любую возникшую неисправность. От разделения ответственности, когда каждый сотрудник отвечает только за свой участок, нужно перейти к общему подряду на эксплуатацию системы в целом. Регламенты обслуживания оборудования должны, например, предусматривать регулярную проверку всех узлов (от кабельных систем до контроллеров) по самым строгим стандартам при помощи современных диагностических приборов. Этого не будет до тех пор, пока «выгоднее» регулярно ремонтировать оборудование, нежели иметь полностью исправно работающую систему. Нечто подобное существует в страховой медицине, - клиент платит, пока здоров.

Разумеется, движение в сторону создания подобной системы управления будет весьма продолжительным по времени, но цели определены уже сейчас. Эти цели можно сформулировать следующим образом:

1. Постоянное повышение качества продукции, как основного критерия результатов труда. Все модернизации необходимо рассматривать в первую очередь именно с этой позиции.

2. Постепенное устранение недостатков производственной системы. Т.е. плавный переход к современному высокотехнологичному производству с непрерывным улучшением характеристик оборудования и условий труда.

3. Изменение схемы управления на основе комплексного подхода к эксплуатации оборудования.

4. Упрощение процесса модернизации и наращивания системы. Создание «открытой» легко наращиваемой и гибкой системы автоматизированного управления.

5. Повышение управляемости производственным процессом. Легкость обучения и использования системы, снижение эксплуатационных затрат как следствие проводимых изменений.

Все проводимые проекты автоматизации должны исходить из выше поставленных целей и быть направлены на решение конкретных задач. К должному результату система может быть приведена только в результате ряда последовательных изменений.

2. Задачи модернизации АСУ

Задачи очерчивают круг проблем возникающих по ходу модернизации системы автоматизированного управления. В ходе реорганизации всей системы управления технологическими процессами необходимо решить

целый ряд связанных между собой задач:

1. Унификация оборудования и управляющих программ;

2. Переход на открытые платформы и стандарты разработки ПО;

3. Создание нового графического, интуитивно-понятного интерфейса;

4. Определение функциональной нагрузки и разработка АРМ персонала;

5. Создание постоянной программы переподготовки персонала;

6. Разработка модели данных технологического процесса, информационной модели;

7. Разработка системы контроля надежности и отработки аварий и сбоев системы;

8. Переработка регламентов периодической проверки и плановых ремонтов оборудования;

9. Оптимизация схемы управления станцией, внедрение автоматического управления;

10. Моделирование объектов и процессов, создание экспертной системы помощи оператору;

11. Замена устаревшего оборудования, внедрение интеллектуальных устройств;

12. Изменение схем подключения оборудования, повышение надежности линий связи;

13. Модернизация локальной вычислительной сети, создание единой сети предприятия;

14. Выход в Интернет/Интранет, публикация информации о станции;

15. Определение границ внедрения и охват АСУ всех объектов управления на станции;

16. Изменение схемы разработки программ, реорганизация работы отдела АСУ;

Этот список не полон и может видоизменяться в процессе проработки отдельных проектов. Каждый конкретный проект модернизации затрагивает несколько задач в рамках общей концепции. Таким образом, перечисленные задачи являются отдельными аспектами общего решения.

3.Характеристика объекта управления АСДКУФ

Фильтровальные сооружения являются звеньями технологической цепи обработки воды на водопроводной станции. Предварительно хлорированная и осветленная в отстойнике вода поступает на фильтрование. На фильтрах в процессе фильтрования через фильтрующую загрузку происходит удаление из воды мелкодисперсной взвеси и коллоидных примесей, не осевших в отстойниках. Профильтрованная вода собирается дренажной системой фильтров и по трубопроводам подается на дальнейшую обработку.

На фильтрах поддерживается скорость фильтрации в зависимости от подачи воды в город и от количества работающих фильтров. По мере накопления загрязнений в фильтрующей загрузке увеличивается потеря напора на ней и уменьшается скорость фильтрации. По достижении заданной величины потери напора или заданной минимальной скорости фильтрации фильтр выводится на промывку. Кроме того, фильтр может быть выведен на промывку по истечении заданного времени фильтрования или по требованию оператора.

4. Управление фильтрами

В цикле работы каждого фильтра различаются два режима:

режим фильтрования

режим промывки.

В режиме фильтрования вода поступает из общего канала на фильтр через приточную задвижку. Отфильтрованная вода через фильтратную задвижку поступает в контактные резервуары. В режиме фильтрования воды необходимо поддерживать заданную производительность фильтра. Постоянная скорость фильтрации достигается путем автоматического управления фильтратной задвижкой. Установка производительности фильтра должна задаваться с компьютера Диспетчерского пункта блока фильтров (ДП БФ).

Сигнал запроса фильтра на промывку вырабатывается контроллером при снижении скорости фильтрации до заданного значения или при увеличении потери напора до заданного значения и поступает в виде сигнала оповещения на рабочее место диспетчера, который должен принять решение о выводе данного фильтра на промывку путем подачи соответствующей команды. В случае если уровень воды в промывных баках ниже максимального, при подаче команды "Вывести фильтр на промывку" должно выдаваться сообщение " Уровень ниже нормы" и команда должна блокироваться. Кроме запроса фильтров на промывку по сигналам датчиков, должно быть предусмотрено оповещение оператора фильтров о необходимости вывода фильтра на промывку по истечении заданной длительности фильтроцикла.

В режиме промывки может находиться только один фильтр. Другие фильтры в это время могут или готовиться к промывке, или отстаиваться после промывки, или работать в режиме фильтрации с пониженной скоростью.

При получении команды "Вывести фильтр на промывку" контроллер должен последовательно выдавать необходимые команды управления на задвижки и контролировать процесс промывки. Промывка начинается с закрытия приточной задвижки.

Через время Т1, необходимое для снижения уровня воды в фильтре, закрывается фильтратная задвижка и открывается водосточная задвижка. Затем открывается напорная задвижка и заданное время Т2 фильтр промывается, после чего напорная задвижка закрывается. Контроль за процессом промывки осуществляется по интенсивности промывки. Интенсивность промывки регулируется путем частичного открытия или закрытия напорной задвижки. После окончания промывки и полного закрытия напорной задвижки закрывается водосточная задвижка и после ее полного закрытия открывается приточная задвижка. Через время ТЗ (после наполнения фильтра ) в течение Т3=20 минут фильтр должен отстояться, после чего открывается фильтратная задвижка и фильтр работает с пониженной скоростью фильтрации (3 м/ч) в течении Т4=30 минут, затем устанавливается заданная скорость фильтрации. При автоматическом управлении фильтром в случае невыполнения команды какой - либо задвижкой должна быть выдана повторная команда. В случае ее невыполнения оператору фильтров должно быть выдано соответствующее сообщение.

Оператор должен иметь возможность оперативного изменения необходимых установок (скорости фильтрации и потери напора), возможность оперативного изменения значений Т2,ТЗ',Т4 и возможность оперативного управления каждой из задвижек через компьютер.

5. Стабилизация скорости фильтрации

Алгоритм стабилизации скорости фильтрации предназначен для работы в контроллере фильтра.

Программа работает в импульсном режиме и запускается через заданные интервалы времени Т_и.

- По сигналу таймера Т_и вводится значение скорости фильтрации F_ф.

-Определяется, превышает ли заданную величину отклонение этого значения от установки.

-Если отклонение не превышает заданную величину, работа программы прекращается до появления очередного сигнала таймера Т_и.

-Если отклонение превышает заданную величину, то требуется корректировка скорости фильтрации.

-Определяется знак отклонения.

-Определяется время Т_уст, необходимое для требуемого изменения положения задвижки:

-Определяется фактическое время движения задвижки:

Т_факт = к*( F_уст - F_ф)

где: к - отношение времени движения задвижки к изменению скорости

фильтрации (усредненное для рабочего диапазона скоростей фильтрации);

-определяется время выборки люфта в зависимости от

совпадения или несовпадения требуемого направления движения задвижки с предыдущим;

-суммарное время движения задвижки и выборки люфта Т_уст заносится в регистр установки таймера, соответствующего направления движения задвижки программы стабилизации скорости фильтрации;

-выдается команда открыть/закрыть задвижку и запускается соответствующий таймер;

-сигналом таймера через время Т_уст сбрасывается команда,

останавливается задвижка, в ячейку «Направление движения» заносится соответственно 0 или 1,таймер установки устанавливается в 0;

-значения в регистрах текущего времени таймеров положения задвижки (см. «Алгоритм отработки команды задвижкой») корректируются на величину, равную времени отработки люфта.