Повышенные требования по надежности

Контроллеры для автоматизации крупных промышленных объектов

 

Выбор адекватной решаемым задачам архитектуры системы автоматизации является актуальной проблемой. Ошибочные решения, принятые на этом этапе проектирования систем автоматизации, могут стать причиной провала всего проекта. Актуальность этой проблемы существенно возрастает, когда речь идет об автоматизации крупных промышленных объектов, например энергоблоков ТЭС.

Требования к системам автоматизации крупных неоднородных объектов

Многоуровневость функционально-технологической структуры объекта

Известно, что для решения крупной и сложной задачи, часто ее разбивают на совокупность более мелких и простых задач. Сложный объект автоматизации представляется совокупностью технологических подсистем, которые, в свою очередь, состоят из более мелких технологических функциональных узлов, а те из совокупности агрегатов и т.д. Определение количества уровней и их границ является несколько условным. Тем ни менее, можно сослаться на сложившуюся практику классификации объектов с точки зрения технологии и опыт разделения реальных объектов на технологические уровни [1]. Выделяют пять основных технологических уровней:

I. уровень предприятия (например, ТЭС);

II. уровень технологического объекта (энергоблоки ТЭС);

III. уровень технологических подсистем (котел, турбина, генератор и т.д.);

IV. уровень технологических функциональных узлов (пылесистемы, пароперегреватели и т.д.)

V. уровень технологического оборудования внутри функционального узла (задвижки, механизмы, датчики и т.д.)

Нас интересует деление технологического объекта, внутри которого выделено три основных уровня. Например, на пылеугольном энергоблоке 200 МВт выделяют всего несколько технологических подсистем, около 100 функциональных узлов (далее ФУ) и несколько тысяч датчиков и исполнительных механизмов. Количество каналов на таком объекте составляет порядка шести тысяч. В таблице 1 показано усредненное число каналов в элементе для каждого из уровней на примере конкретной системы управления энергоблоком 200 МВт [2].

Наименование уровня	Усредненное кол-во каналов
Уровень подсистем	2000
Уровень функциональных узлов	65
Уровень технологического оборудования	3

Из приведенной количественной оценки видно, что уровень функциональных узлов наиболее адекватен уровню контроллеров или контроллерных модулей в системе управления.

Разбиение объекта на функциональные узлы основано на выделении отдельной технологической задачи, либо нескольких тесно связанных задач в единый узел. Следствием этого является то, что каждый функциональный узел достаточно автономен. Интенсивность его взаимодействия с остальной системой или другими узлами на порядки ниже, чем внутри его. Этот тезис хорошо подтверждается структурой систем управления на традиционных средствах (релейные схемы и автономные регуляторы), где каждая логическая схема, регулятор и т.д. в объеме технологического узла автономны, а взаимодействие всех этих элементов осуществляется через оператора. Таким образом, практика эксплуатации старых АСУ ТП на традиционных локальных средствах подтверждает, что обычный человек со стандартными рефлекторными возможностями справляется с управлением таким объектом как, например, энергоблок ТЭС.

Можно ожидать, что структура микропроцессорной системы управления образованная связанными сетью автономными контроллерами, каждый из которых обслуживает свой функциональный узел будет наиболее адекватной функционально-технологической структуре объекта и иметь минимальную интенсивность взаимосвязей между образующими ее элементами.

Повышенные требования по надежности

Для крупных объектов автоматизации традиционные меры по повышению надежности, связанные с применением качественных технических средств с большим временем наработки на отказ (более 100 тыс.часов), являются недостаточными. Характеристика времени наработки на отказ является статистической вероятностной величиной, поэтому при разработке архитектурных решений, повышающих надежность системы, необходимо исходить из того, что такой отказ всегда возможен.

Основные принципы, продиктованные самой задачей автоматизации крупных объектов, из которых целесообразно исходить при проектировании архитектуры системы следующие [3]:

никакой единичный отказ в системе не должен приводить к потере ее функциональности;

никакой единичный отказ не должен приводить к потере объема техпроцессов, при котором невозможно функционирование объекта;

Также существуют общие принципы, вытекающие из методов повышения надежности любых систем [4]:

1. система должна состоять из минимального числа образующих ее элементов;

2. элементы и решения должны быть ортогональны, т.е. необходимый набор функций должен обеспечиваться суперпозицией минимального набора базовых элементов;

3. автономность иерархических уровней в системе;

4. минимальные размеры и простота прикладных программ - увеличение размеров программ ведет к экспоненциальному росту числа ошибок и сложности проверки правильности ее функционирования/