EN 

(812) 449-56-20
8-800-770-70-17

arman@arman-engineering.ru

8-800-770-70-17

Опыт построения современных интегрированных систем автоматического управления для повышения эффективности технологических процессов

Издание: "Автоматизация и IT в энергетике"

Июнь, 2015

Основными задачами современных интегрированных систем автоматического управления (ИАСУ) промышленных предприятий являются:

  • повышение экономической эффективности производств, в основном, за счет снижения их энергоемкости;
  • снижение численности оперативно-технического состава, переводя технологических производств на малолюдные режимы обслуживания;
  •  обеспечение безопасного управления технологическим процессом, безусловная реализация требований международных стандартов по безопасности.

Для решения первых двух из выше перечисленных задач ИАСУ должны обеспечивать максимум целевого функционала эффективности предприятия , который связывает технологические параметры производства  с параметрами, характеризующими эффективность производственно-хозяйственной деятельности предприятия .

Традиционно, с целью упрощения задачи, максимум целевого функционала эффективности производств отыскивают, разложив его на две подфункции  - технологическая составляющая, и  - производственно-хозяйственная составляющая, делая допущение об отсутствии связи между указанными подфункциями:

.

Однако, такой метод пригоден исключительно для нахождения локальных максимумов эффективности . Для отыскания глобального максимума связями между подфункциями  и  пренебрегать нельзя.

Введем в рассмотрение функцию взаимодействия , где  - вектор взаимодействия между подсистемами предприятия, записав:

.

Для прикладных методов, реализуемых в реальном времени в ИАСУ предприятия, целесообразно принять во внимание, то обстоятельство что, взаимовлияние   и  является слабым, записав в первом приближении:

,

где  является малым членом, который можно не учитывать в прикладных методах, предназначенных для решения в реальном времени в ИАСУ.

Таким образом, получаем конечный функционал эффективности, максимум которого требуется находить при функционировании ИАСУ:

Обобщив вышеприведенные выкладки, сформулируем метод достижения максимальной эффективности производства с минимизацией энергетических ресурсов и финансовых затрат посредством ИАСУ:

В ИАСУ необходимо реализовать методы, связанного управления технологическими процессами и производственно-хозяйственными процессами. При этом функции управления следует распределять по иерархическим уровням процесса. Каждый уровень осуществляет оптимальное управление в соответствии с параметрами сформированными системой управления более высокого уровня.

Рассмотрим три, наиболее распространенных уровня:

  • уровень управления отдельными устройствами, агрегатами и машинами, управляемых автоматически (DCS);
  • уровень территориально распределенных автоматизированных производств, в контура управления которыми включены технические службы предприятия,  (MES);
  • уровень автоматизированного управления предприятием, в контура управления которого включены экономические и финансовые службы предприятия, (ERP).

 

Структурно указанные уровни и иерархическое отношения между ними представлено на рисунке.


1.      Уровень управления отдельными устройствами, агрегатами и машинами, управляемых автоматически (DCS)

На данном уровне обеспечивается эффективное, устойчивое управление отдельными территориально сосредоточенными агрегатами (турбинами, газоперекачивающими агрегатами, энергоблоками, компрессорами и т.п.). Использование адаптивных динамических моделей агрегатов позволяет их эксплуатировать на режимах максимальной производительности и КПД, прогнозировать и предупреждать выход на ограничельные контура регулирования. На этом же уровне решаются задачи управления электротехническим оборудованием по высокоэффективным алгоритмам, с возможностью реализации плавного запуска, частотного регулирования и диагностики электрических двигателей.

 

В соответствии с требованиями международных стандартов по безопасности промышленных объектов данный уровень автоматизации обеспечивает противоаварийную защиту агрегатов в соответствии со вторым (третьим – для нефтяной и газовой промышленности) классом безопасности (Sil 2 или 3) по международными стандартами IEC 11608/11, а также требования общих правил взрывобезопасности Госгортехнадзора России ПБ 09-170-97 и нормы противопожарной безопасности России НПБ 75-98. Данные классы безопасности предусматривают безусловный перевод технологического оборудования в безопасное состояние при полном отказе, или даже физическом разрушении основной системы автоматического управления.

2.      Уровень территориально распределенных автоматизированных производств, в контур управления которыми включены технические службы предприятия,  (MES)

На этом уровне автоматизации решается задача комплексного управления и регулирования распределенных по территории производств (газокомпрессорных цехов, НПЗ, электростанций и т.п.). Функционально на САУ данного уровня возлагается решение задач по оптимальной реализации режимов и производительности технологических цехов. Для этого используются методы оптимального регулирования по адаптивным моделям, в совокупности с  интегрированной подсистемой управления производством, что позволяет обеспечить требуемую производительность производства с минимизацией потребления энергоресурсов, а также сократить финансовые затраты предприятия на регламентное обслуживание оборудования, ремонтные работы, горюче-смазочные материалы и др.

САУ данного уровня создаются на базе унифицированных локальных интеллектуальных станций ЛИС, устанавливаемых в непосредственной близости от автоматизируемого оборудования, что позволяет существенно сократить затраты на проектные работы, кабельную продукцию и обслуживание систем.

3.      Уровень автоматизированного управления предприятием, в контур управления которого включены экономические и финансовые службы предприятия, (ERP)

Интегрированные автоматизированные системы управления предприятиями объединяют ряд важнейших контуров управления: технологического управления, производственного управления, финансового управления, управления капитальным строительством и ремонтом, управления логистикой, управления персоналом и т.д. При этом, благодаря взаимодействию перечисленных контуров, решается задача повышения эффективности транспорта газа с минимизацией финансовых затрат предприятия.

Одной из важнейших задач, решаемой на уровне управления предприятия, является эффективное формирование заданий на режимы работы производств (Второй уровень) с учетом их фактического технического состояния.

Каждый из трех, вышеперечисленных, уровней комплектуется независимой, сертифицированной системой автоматического обнаружения и тушения пожара и контроля над загазованностью производственного объекта. Эти системы должны соответствует нормам и правилам противопожарной безопасности НПБ 75‑98 и производят полную защиту объектов с оперативным персоналом, а также, функционирующих в безлюдном режиме.

Начиная со второго уровня управления, в системах применяются пульты управления (ПУ) производственным процессом. В пультах управления используются ситуационные методы представления  информации и алгоритмы автоматического конфигурирования мнемокадров в зависимости от развития технологического процесса в штатных и нештатных аварийных режимах. Указанные методы, наряду с задачами, решаемыми в САУ первого уровня позволили решить вторую актуальную задачу - осуществить перевод ряд сложных промышленных производств на обслуживание без постоянного присутствия оперативного персонала в производственных цехах и более, чем на 30% снизить эксплуатационные расходы.

Задача сокращения сроков производства ИАСУ, повышения ее готовности и надежности решается за счет того, что изделия трех, вышеперечисленных уровней автоматизации строятся базе девяти типов унифицированных, программно конфигурированных устройств, следующей номенклатуры: Пульт управления ПУ; Устройство управления и регулирования UCR; Расширитель устройства управления EU; Устройство распределения бесперебойного электропитания UPD; Устройства низковольтные комплектные НКУ РУ; Устройство коммуникационное УК; устройство серверное УС,  Комплект сетевого оборудования КСО. Перечисленные устройства имеют отработанную, унифицированную конструкцию, прошли межведомственные испытания и серийно выпускаются. Использование унифицированных таблиц подключений устройств в совокупности с интеллектуальными, программно настраиваемыми модулями ввода/вывода дает возможность компоновать ИАСУ проектным способом, без конструкторской доработки базовых устройств. Адаптация устройств к объектам автоматизации производится посредством конфигурирования прикладного программного обеспечения, без модификации системного программного обеспечения. Это позволяет сократить срок разработки и производства ИАСУ до 60 дней, срок внедрения до 21 дня, гарантировать отсутствие ошибок конструкторского и программного характера.

 

 

Добровольский Олег Геннадьевич, менеджер направления ООО «Арман»