И. М. Губкина кафедра автоматизации технологических процессов Р. Л. Барашкин проектирование систем управления ректификационными колоннами учебное пособие

Рис. 1. Информационно-управляющая структура предприятия

Нижний уровень – уровень контрольно-измерительных при- боров и автоматики (КИПиА). Он включает информационно-из- мерительные устройства (преобразователи, датчики), осуществ- ляющие сбор технологических параметров, и исполнительные устройства (клапаны, задвижки, двигатели и т.д.)  для управле- ния объектом.

Оборудование уровня КИПиА передает измерительную и диа- гностическую информацию на уровень программируемых логи- ческих контроллеров, а также получает от них управляющие сиг-
налы. Информационный обмен на этом уровне происходит либо с помощью аналоговых линий связи, либо с помощью цифровых промышленных сетей (наибольшее распространение на нефтепе- рерабатывающих и нефтехимических производствах находят Modbus и Profibus). Для передачи информации по аналоговым каналам в подавляющем большинстве случаев используется уни- фицированные токовый сигнал в диапазоне 420 мА, реже  в другом диапазоне или сигнал напряжения.
Второй уровень представлен программируемыми логически- ми контроллерами (programmable logic controllers, PLC), которые в режиме реального времени осуществляют предварительную об- работку информации и выполняют функции автоматического ре- гулирования технологических параметров. Используемые про- граммируемые логические контроллеры формируют две незави- симые подсистемы:

• 
  контроллеры распределённой системы управления (РСУ, distributed control system, DCS) – выполняют функции управления объектом в штатном режиме;
  
• 
  контроллеры системы противоаварийной защиты (СПАЗ, emergency shutdown system, ESD) – обеспечивают безаварийный режим работы объекта, в том числе в случае отказов осуществ- ляющих регулирование контроллеров РСУ или технологического оборудования.
  

Контроллеры включены в локальную вычислительную сеть предприятия и обмениваются информацией с сервером SCADA- системы. SCADA-системы (supervisory control and data acquisi- tion) являются средством взаимодействия оператора с объектом; обновление информации на операторском интерфейсе происхо- дит с периодичностью в несколько секунд. Оператор имеет воз- можность управлять объектом, задавая уставки, передающиеся на
уровень ниже реализованным в составе контроллеров регуля- торам. Лидеры рынка промышленной автоматизации предла- гают распределённые системы управления (DCS), замещающие SCADA-системы и сходные с ними по своим функциям.
DCS / SCADA-система поставляет данные для четвертого уровня информационно-управляющей структуры – автоматизи- рованной системы оперативного управления производством (manufacturing execution system, MES), основные функции кото- рой заключаются в оперативном планировании, контроле состоя- ния и распределении ресурсов производства в интервале времени десятки минут – часы.
Наивысший уровень информационно-управляющей структу- ры представлен автоматизированными системами управления предприятием (enterprise resource planning system, ERP). ERP- системы предназначены для стратегического планирования, ав- томатизации учетного процесса и управления компанией на зна- чительных временных диапазонах – порядка недель – месяцев.
Второй и третий уровни информационно-управляющей струк- туры предприятия в совокупности составляют автоматизирован- ную систему управления технологическим процессом (АСУТП), через технические средства КИПиА непосредственно осуществ- ляющую функции оперативного управления технологическим процессом. На уровнях АСУОП и АСУП реализуется управление производством в целом через средства планирования, что выра- жается в выдаче на уровень АСУТП заданий о смене рабочего режима отдельных технологических процессов.
Важно отметить, что в одной компании обычно внедряется одна ERP-система (в некоторых случаях – несколько, если един- ственное решение не может перекрыть все потребности компа- нии), на одном НПЗ компании – одна MES-система, но АСУТП
установок, участков, технологических ниток в пределах одного НПЗ может быть несколько, в том числе разных производителей.
В пособии рассматривается построение систем управления технологическим процессом ректификации в соответствии с общепринятой структурой комплекса программно-технических средств (ПТС) АСУТП (рис. 2). Основное внимание уделяется выбору пар регулируемых и регулирующих параметров, которые соответствуют в приведённой структуре комплекса ПТС точкам расстановки датчиков и исполнительных устройств на объекте управления и включению их в контур регулирования с помощью программируемого логического контроллера.


Уровень 3

Уровень 2

Датчики
Исполнительные
устройства

Датчики
Исполнительные
устройства
Уровень 1