Диссертация (Модели и алгоритмы автоматизации пожаровзрывоопасных поточно-транспортных систем)

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙАкадемия Государственной противопожарной службыНа правах рукописиБЕЛОЗЕРОВ ВЛАДИМИР ВАЛЕРЬЕВИЧМОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗАЦИИПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫХ ПОТОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМдиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукСпециальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическимипроцессами и производствами (технические науки, отрасль – промышленность)Научный руководитель – доктор технических наук,профессор, заслуженный деятель науки РФТопольский Н.Г.Москва – 2017ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕГлава 1ГЛАВА 2ГЛАВА 3ГЛАВА 44ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ, НОРМАТИВНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ АСУ ТП1.1. Анализ требований безопасности при создании АСУ ТП1.2.

Анализ статистики инцидентов, аварий, взрывов и пожаровна объектах промышленности1.3. Анализ существующих подходов к созданию АСУ ТП ОПО1.4. Примеры реализации АСУТП ОПО и обоснованиенаправления исследованийВыводы по главеМОДЕЛЬ АВТОМАТИЗАЦИИ СОЗДАНИЯ АСУТП ПОФОРМАЛИЗОВАННОМУ ПРОЕКТУ2.1.Обоснованиенеобходимостиматематическогомоделирования процессов проектирования ОПО2.2.

Математическое моделирование процесса созданиятехнологической схемы для ОПО2.3. Математическое моделирование процесса создания АСУТП по технологической схеме2.4. Алгоритмизация математической модели2.5. Синтез структуры ПТК для создания АСУ ТП ОПО,реализующего математическую модельВыводы по главеРАЗРАБОТКАИРЕАЛИЗАЦИЯПРОГРАММНОТЕХНИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСААВТОМАТИЗАЦИИСОЗДАНИЯ АСУТП3.1. Контекст ввода-вывода3.2. Технологические датчики контроля3.3.

Простейшие устройства3.4. Технологическое оборудование3.5. Технологический узел3.6. Редактор конфигурации АСУ ТП3.7. Основной модуль верхнего уровня3.8. Модуль SCADA WINCC3.9. Реализации ПТК в проекте АСУ ТП силосного терминалаЗАО «Содружество-СОЯ» г. Калининград.Выводы по главеИМИТАТОР ВИРТУАЛЬНОГО ВНЕДРЕНИЯ АСУТП4.1. Обоснование создания имитатора АСУ ТП4.2. Методология создания имитатора АСУ ТП4.3. Виртуализация среды выполнения программ4.4. Оценка реализаций возможностей имитатора на ОПОВыводы по главеЗАКЛЮЧЕНИЕСписок литературыПРИЛОЖЕНИЯ2111114252748505052596465697071727374767881828892939396100102112114116129ВВЕДЕНИЕДля построения систем автоматизации различного назначения в миресоздано большое разнообразие средств разработки, которые предоставляютбольшую свободу программирования.

Использование таких средств оправдановвиду того, что с их помощью можно создать наиболее безопасные исполняемыепрограммы (загрузочные модули) для ответственных применений. Все этисредства ориентированы на международный стандарт IEC61131, которыйобеспечивает создание безопасного кода и дает возможность программированиятехнологического процесса обученному инженеру АСУТП.Однако некоторые технологические процессы на предприятиях, находятсяпод техническим контролем специальных надзорных органов для обеспечениябезопасногофункционированияпредприятий.Такиепредприятияквалифицируются в законодательстве РФ как опасные производственныеобъекты (ОПО). К таким объектам предъявляются технические требованиябезопасности, которые изложены в технических регламентах (ТР) и правилахбезопасности (ПБ) и являются обязательными для ОПО. Существенным приэтом является то, что в соответствии с 116-ФЗ «О промышленной безопасности»конкретные решения по обеспечению пожаровзрывозащиты ОПО изложены вдесятках ПБ (например, для растительного сырья - ПБ 14-586-03, ПБ-03-517-02,для нефтехимии - ПБ-613.5, ПБ-09-540-03 и т.д.), что создает предпосылки кошибкам при проектировании.При создании проектов для ОПО функции выполнения требований ТР и ПБвозложенынапроектнуюорганизацию,акачествоихвыполненияподтверждается государственной экспертизой проекта.

Выполнение требованийТР и ПБ в управляющих программах АСУТП подтверждается толькопротоколом между хозяйственными субъектами по методике испытанийАСУТП, которую они сами же и составляют. В некоторых случаях (зарубежныесистемы) протоколы и методики отсутствуют вообще.3Таким образом, возникает научная задача создания моделей и алгоритмов,позволяющих реализовать задачу автоматизации ОПО строго по проекту(автоматически) и провести тестирование (без объекта). При таком подходетребования ТР и ПБ будут выполняться всегда, независимо от человеческогофактора при разработке, внедрении или модернизации АСУТП.В основе настоящего исследования, помимо собственного опыта разработкии внедрения АСУТП, лежат результаты работ отечественных ученых, скоторыми автор взаимодействовал в своей исследовательской деятельности:в Южном федеральном университете – д.ф.-м.н.

Буйло С.И., д.т.н. БелозеровВ.В., д.ф.-м.н. Панченко Е.М., к.ф.-м.н. Рейзенкинд, к.т.н. Босый С.И. и др. (вобласти моделирования устойчивости и безопасности объектов и практическогоприменениямоделейвероятностно-физического,термодинамическогоисистемного подходов в автоматизации испытаний материалов и изделий);в Академии ГПС МЧС России – д.т.н. Топольский Н.Г., д.ф.-м.н.

Прус Ю.В.,к.т.н. Олейников С.Н. и др. (в области создания автоматизированныхинтегрированных систем безопасности и управления объектами и т.д.).Поэтому представляется актуальной разработка моделей и алгоритмовавтоматизации создания АСУТП ОПО, а решение поставленной научной задачиосуществляется в два этапа:первый-созданиеавтоматизироватьмоделейсозданиеиАСУТП,алгоритмов,включаякоторыеразработкупозволяютпрограммногообеспечения и его тестирование,второй - разработка программно-технического комплекса («имитатора»), спомощью которого можно осуществлять полную проверку всех исполняемыхалгоритмовизадачработоспособности,безобъектаавтоматизациивключаясдиагностикойсоответствиеихтребованиямпожаровзрывобезопасности моделируемых инцидентов и аварий.Объект исследования –существующие методы, средства и системыразработки АСУТП (аппаратно-программные средства и средства наладки,4методики и программы натурных испытаний) и реализации требованийпожарозрывобезопасности поточно-транспортных систем (ПТС) ОПО.Предмет исследования – процессы проектирования, программирования ифункционирования АСУТП, включая принципы и средства автоматизацииразличных процессов (технологических, информационных, защитных и т.д.) вАСУТП ПТС ОПО.Цель исследования – разработка и реализация моделей и алгоритмовавтоматизации пожаровзрывоопасных поточно-транспортных систем путемсоздания программно-технического комплекса, обеспечивающего разработку ипроверку работоспособности АСУТП ОПО, а также «виртуального прогона»всех режимов функционирования, включая имитацию инцидентов и аварий,чтобы исключить «человеческий фактор» и снизить трудоемкость при созданииАСУТП ОПО.Для достижения сформулированной цели были поставлены и решеныследующие задачи:1.

Проведен анализ теоретических подходов и принципов разработкиАСУТП ОПО.2.РазработанаклассификациявсехсредствАСУТПОПОкакфункционально- технологических элементов объекта (ФТЭО).3. Формализован процесс проектирования комплекса технических средств(КТС) АСУТП ОПО с целью его последующей автоматизации.4. Разработана модель автоматизации программирования АСУТП поформализованной модели проекта КТС для ПТС.5. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение программнотехнического комплекса автоматизации программирования АСУТП ОПО.6. Разработан программно-технический комплекс – «имитатор виртуальноговнедрения» АСУТП ПТС ОПО.7.

Разработаны принципы и модели диагностики «виртуального внедренияАСУТП ОПО».5Методы и средства исследования. При решении указанных задачиспользовались следующие методы и средства:теоретические – системный анализ, теория автоматического управления,теория вероятности, информатика, теория конечных автоматов, математическоепрограммирование;экспериментальные–методыструктурногоиобъектногопрограммирования, программные комплексы ISAGRAF, STEP 7, CodeSys, языкипрограммирования СИ++, компиляторы.Научная новизна диссертационного исследования заключается в том, чтовпервые разработаны модели и алгоритмы автоматизации создания АСУТПпожаровзрывоопасных поточно-транспортных систем, включая программнотехнический комплекс, их реализующий, а именно:1.