RU2755879C1

RU2755879C1 - Automated process control system

Info

Publication number: RU2755879C1
Application number: RU2021102230A
Authority: RU
Inventors: Наиль Ульфатович Маганов; Илшат Илгизович Салахов; Альберт Анварович Нурмиев; Алексей Владимирович Зурбашев; Айрат Минегасимович Карамов; Ринат Рифкатович Муслимов; Сергей Григорьевич Спиридонов; Марс Ленарович Султанов; Данил Алексеевич Кириллов; Руслан Талгатович Ашрафзянов; Андрей Георгиевич Сергеев; Александр Юрьевич Васильев; Павел Витальевич Зорин
Original assignee: Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина; Акционерное общество "ТАНЕКО"
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2021-09-22

Abstract

FIELD: automated process control systems.

SUBSTANCE: invention relates to an automated process control system. The system contains a measuring unit, consisting of basic modules that receive information from a set of corresponding basic sensors, functionally connected to the controlled equipment, and send the processed information using the lower-level software to the monitoring unit, consisting of diagnostic controllers - the main processors that process the information received from the corresponding modules of the measuring unit for performing, using the upper-level software, calculating diagnostic features, assessing the technical condition, diagnostic analysis of various combinations of controlled equipment and its compliance with the technological process embedded in the control unit of the integrating and analyzing the information received from the processors of the monitoring unit, and also capable of generating control signals for adjusting the technological process within the limits of the permissible parameters laid down in it, while any of the processors is capable of generating instructions for technical personnel when data is output from the required parameters using an expert module with a set of rules and generating a signal for manual control points through the processing unit and network distributed architecture for visual display, which provides the generation of graphical representations of the monitored parameters at the diagnostic station of the system, their derived values and diagnostic features, while the system is additionally equipped with at least one power distributor equipped with uninterruptible power supplies and/or generators of direct and/or alternating current for electric power supply from the electrical network of the system elements, and the power distributor is made with the possibility of automatic switching on uninterruptible power supply elements and / or starting up current generators when the power supply is disconnected from the network, and the main measuring unit, the monitoring unit are equipped with redundant sensors, measurement modules and processors, respectively, to monitor the performance of working sensors, measurement modules and processors during periodic switching to redundant elements, while the control unit is configured to compare the readings of operating and redundant sensors, modules after switching to redundant elements and processors for compliance with each other within the permissible error of these elements, and also with the possibility of evaluating the measurements of other sensors, modules and processors technologically related to these data, which have been tested by switching, and, in case of their discrepancy with the measurements of working sensors, modules and processors, disconnecting the working sensors, modules and processors, with the inclusion in operation redundant sensors, modules and processors.

EFFECT: increasing the reliability of the process control system.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к химической и/или нефтегазоперерабатывающей промышленности, а именно к системам автоматического управления сложными и опасными технологическими процессами.The invention relates to the chemical and / or oil and gas processing industry, and in particular to systems for automatic control of complex and hazardous technological processes.

Известна автоматизированная система управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа (патент на ПМ RU №108162, МПК G05B 19/00, опубл. 10.09.2011 Бюл. №25), включающая устройства измерения параметров, контроля состояния и управления исполнительными механизмами, подключенные к устройствам ввода-вывода, программируемые контроллеры, автоматизированное рабочее место оператора, причем в составе системы используется блок сопряжения с устройством ввода-вывода централизованной архитектуры, а также блок сопряжения со смежными системами, позволяющий переключать контроль и управление программируемыми контроллерами системы на центральный диспетчерский пульт.Known is an automated control system for technological processes of a complex gas treatment plant (patent for PM RU No. 108162, IPC G05B 19/00, publ. 09/10/2011 Bull. No. 25), including devices for measuring parameters, monitoring the state and controlling actuators connected to the devices input-output, programmable controllers, an automated workstation for the operator, and the system uses a block for interfacing with an input-output device of a centralized architecture, as well as a block for interfacing with adjacent systems, which allows switching the control and management of programmable controllers of the system to a central dispatching console.

Недостатками данной системы являются низкая надежность и высокая вероятность сбоя системы, так как нет автоматической защиты от сбоев с питанием электрических конструктивных элементов, высокая вероятность аварийных ситуаций из-за наличия человеческого фактора, что очень актуально на сложных и опасных объектах.The disadvantages of this system are low reliability and a high probability of system failure, since there is no automatic protection against power failures of electrical structural elements, a high probability of emergency situations due to the presence of a human factor, which is very important at complex and hazardous facilities.

Известна также автоматизированная система управления технологическими процессами (патент на ПМ RU №116252, МПК G05B 19/418, опубл. 20.05.2012 Бюл. №14), содержащая устройство отображения, к входу которого подключен блок управления, вход/выход которого связан шиной данных с входами/выходами объектов управления системы, причем введены второе устройство отображения, к входу которого подключен второй блок управления, вход/выход которого связан шиной данных с входами/выходами объектов управления системы, а также введены блок контроля состояния системы, блок моделирования технологического процесса, блок планирования технологического процесса и блок мониторинга и прогнозирования технологического процесса, входы/выходы которых подключены к шине данных.Also known is an automated process control system (patent for PM RU No. 116252, IPC G05B 19/418, publ. 05/20/2012 Bull. No. 14), containing a display device, to the input of which a control unit is connected, the input / output of which is connected by a data bus with inputs / outputs of control objects of the system, and a second display device is introduced, to the input of which a second control unit is connected, the input / output of which is connected by a data bus with the inputs / outputs of control objects of the system, and also a block for monitoring the state of the system, a block for modeling a technological process, a process planning unit and a process monitoring and forecasting unit, the inputs / outputs of which are connected to the data bus.

Недостатками данной системы являются низкая надежность и высокая вероятность сбоя системы, так как нет автоматической защиты от сбоев с питанием электрических конструктивных элементов, высокая вероятность аварийных ситуаций из-за отсутствия объективного контроля работоспособности блоков управления, особенно при «плавающем» сбое (то есть, то - нет) или постепенному выходу из строя элементов блока управления, что очень актуально на сложных и опасных объектах.The disadvantages of this system are low reliability and a high probability of system failure, since there is no automatic protection against power failures of electrical structural elements, a high probability of emergency situations due to the lack of objective monitoring of the control units' performance, especially in case of a “floating” failure (that is, - no) or gradual failure of the control unit elements, which is very important for complex and dangerous objects.

Наиболее близкой по техническому уровню является универсальная объектно-ориентированная мультиплатформенная система автоматической диагностики и мониторинга оборудования опасных производственных и транспортных объектов в реальном времени для управления техническим состоянием и предупреждения аварий (патент RU №2728167, МПК G01M 15/00, G01M 17/00, G08B 21/00, опубл. 28.07.2020 Бюл. №22), содержащая: сетевую распределенную архитектуру управления, диагностики и мониторинга; набор датчиков, функционально соединенных с подконтрольным оборудованием, подключенных к измерительным модулям; подсистему непрерывного мониторинга, сконфигурированную для вычисления диагностических признаков, оценки технического состояния, диагностического анализа различных комбинаций подконтрольного оборудования и формирования предписаний техническому персоналу с помощью экспертного модуля с набором правил, а также содержащую модуль визуального отображения, обеспечивающий на диагностической станции системы генерацию графических представлений контролируемых параметров, их производных величин и диагностических признаков, а также предписаний персоналу для требуемого технического обслуживания, причем система построена на мультиплатформенном аппаратном составе и может быть выполнена, по меньшей мере, в стационарном, мобильном, бортовом, персональном и стендовом исполнении, обеспечивая комплексный мониторинг и диагностику оборудования всех категорий опасности для предупреждения и предотвращения аварий, с возможностью измерений контролируемых параметров и их производных величин, по меньшей мере, вибрации, температуры, линейного перемещения, частоты вращения роторов машин, расстояния до контролируемой поверхности, давления жидкости или газа, уровня жидкости, силы постоянного и переменного тока, напряжения постоянного и переменного тока, параметров импульсного сигнала, вызванного акустической эмиссией, силы тока высокой частоты, вызванного частичными разрядами в изоляции электрооборудования, с помощью аппаратных платформ, обеспечивающих возможность объектно-ориентированного подхода к подконтрольному оборудованию опасных производственных и транспортных объектов, с одновременным использованием различных методов неразрушающего контроля и диагностики для разных групп оборудования, по меньшей мере, динамического, в том числе подвижного состава, и статического, при этом для управления каждой аппаратной платформой применено программное обеспечение нижнего уровня, которое передает результаты измерений в программное обеспечение верхнего уровня, реализуемое в диагностическом контроллере.The closest in terms of technical level is a universal object-oriented multi-platform system for automatic diagnostics and monitoring of equipment of hazardous industrial and transport facilities in real time to control the technical condition and prevent accidents (patent RU No. 2728167, IPC G01M 15/00, G01M 17/00, G08B 21/00, publ. 07/28/2020 Bul. No. 22), containing: network distributed architecture of management, diagnostics and monitoring; a set of sensors, functionally connected to the controlled equipment, connected to the measuring modules; a continuous monitoring subsystem configured for calculating diagnostic signs, assessing the technical condition, diagnostic analysis of various combinations of controlled equipment and generating instructions for technical personnel using an expert module with a set of rules, as well as containing a visual display module that generates graphical representations of monitored parameters at the diagnostic station of the system , their derived values and diagnostic features, as well as instructions to personnel for the required maintenance, and the system is built on a multi-platform hardware and can be implemented at least in a stationary, mobile, on-board, personal and bench version, providing comprehensive monitoring and diagnostics equipment of all hazard categories for the prevention and prevention of accidents, with the ability to measure monitored parameters and their derived values, at least vibra ation, temperature, linear displacement, rotational speed of machine rotors, distance to the controlled surface, liquid or gas pressure, liquid level, AC and DC current, DC and AC voltage, parameters of a pulse signal caused by acoustic emission, high frequency current, caused by partial discharges in the insulation of electrical equipment, using hardware platforms that provide an object-oriented approach to the controlled equipment of hazardous industrial and transport facilities, with the simultaneous use of various methods of non-destructive testing and diagnostics for different groups of equipment, at least dynamic, including rolling stock, and static, at the same time, to control each hardware platform, a lower-level software is used, which transfers the measurement results to the upper-level software implemented in the diagnostic controller.

Недостатками данной системы являются низкая надежность и высокая вероятность сбоя системы, так как нет автоматической защиты от сбоев с питанием электрических конструктивных элементов, высокая вероятность аварийных ситуаций из-за отсутствия объективного контроля работоспособности собственных элементов автоматической системы диагностики, что очень актуально на сложных и опасных объектах.The disadvantages of this system are low reliability and a high probability of system failure, since there is no automatic protection against power failures of electrical structural elements, a high probability of emergency situations due to the lack of objective monitoring of the performance of its own elements of the automatic diagnostic system, which is very important for complex and dangerous objects ...

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание автоматизированной системы управления технологическими процессами, обеспечивающей высокую надежность работы всего цикла технологического процесса, за счет защиты от сбоев в электрическом питании оборудования и от выхода из строя элементов самой системы благодаря наличию дублирующих источников питания, возможности проверки и при необходимости замены дублирующими элементами самой системы.The technical objective of the alleged invention is to create an automated process control system that ensures high reliability of the entire process cycle, due to protection against failures in the electrical power supply of equipment and from the failure of elements of the system itself due to the presence of redundant power supplies, the possibility of checking and, if necessary, replacement duplicating elements of the system itself.

Техническая задача решается автоматизированной системой управления технологическими процессами, включающей измерительный блок, состоящий из основных модулей, получающих информацию с набора соответствующих основных датчиков, функционально соединенных с подконтрольным оборудованием, и направляющих переработанную информацию с применением программного обеспечения нижнего уровня в блок мониторинга, состоящий из диагностических контроллеров - основных процессоров, перерабатывающих полученную от соответствующих модулей измерительного блока информацию для произведения при помощи программного обеспечения верхнего уровня вычисления диагностических признаков, оценки технического состояния, диагностического анализа различных комбинаций подконтрольного оборудования и соответствия его технологическому процессу, заложенному в блок управления интегрирующего и анализирующего полученную информацию от процессоров блока мониторинга, а также выполненного с возможностью генерации управляющих сигналов для регулировки технологического процесса в пределах допустимых параметров, заложенных в него, при этом любой из процессоров выполнен с возможностью при выходе данных из требуемых параметров формирования предписаний техническому персоналу с помощью экспертного модуля с набором правил и генерирования сигнала для ручных пунктов управления через блок обработки и сетевую распределенную архитектуру для визуального отображения, обеспечивающий генерацию графических представлений контролируемых параметров, их производных величин и диагностических признаков.The technical problem is solved by an automated process control system, which includes a measuring unit consisting of main modules that receive information from a set of corresponding main sensors, functionally connected to the controlled equipment, and send the processed information using low-level software to a monitoring unit consisting of diagnostic controllers - the main processors that process the information received from the corresponding modules of the measuring unit for the production using the upper level software of calculating diagnostic features, assessing the technical condition, diagnostic analysis of various combinations of controlled equipment and its compliance with the technological process embedded in the control unit integrating and analyzing the information received from processors of the monitoring unit, as well as capable of generating control signals for re adjusting the technological process within the limits of the permissible parameters laid down in it, while any of the processors is made with the possibility, when the data comes out of the required parameters, the formation of instructions to the technical personnel using an expert module with a set of rules and the generation of a signal for manual control points through a processing unit and a network distributed architecture for visual display, providing the generation of graphical representations of the monitored parameters, their derived values and diagnostic features.

Новым является то, что система дополнительно оснащена как минимум одним распределителем питания, оборудованным блоками бесперебойного питания и/или генераторами постоянного и/или переменного тока, для электрического питания из электрической сети элементов системы, причем распределитель питания выполнен с возможностью автоматического переключения на элементы бесперебойного питания и/или запуска в работу генераторов тока при отключении электрического питания из сети, а основные измерительный блок, блок мониторинга снабжены дублирующими датчиками, модулями измерения и процессорами соответственно, для мониторинга работоспособности работающих датчиков, модулей измерения и процессоров при периодическом переключении на дублирующие элементы, при этом блок управления выполнен с возможностью после переключения на дублирующие элементы выполнять сравнение показаний работающих и дублирующих датчиков, модулей и процессоров на соответствие друг другу в рамках допустимой погрешности этих элементов, а также с возможностью оценки технологически связанных с этими данными измерений других датчиков, модулей и процессоров, которые прошли проверку переключением, и в случае их расхождения с измерениями работающих датчиков, модулей и процессоров, отключения работающих датчиков, модулей и процессоров, с включением в работу дублирующих датчиков, модулей и процессоров.What is new is that the system is additionally equipped with at least one power distributor equipped with uninterruptible power supplies and / or generators of direct and / or alternating current for electric power supply from the electrical network of the system elements, and the power distributor is made with the ability to automatically switch to uninterruptible power supplies and / or start-up of current generators when the power supply is disconnected from the network, and the main measuring unit, the monitoring unit are equipped with redundant sensors, measurement modules and processors, respectively, to monitor the operability of operating sensors, measurement modules and processors when periodically switching to redundant elements, when this, the control unit is configured, after switching to redundant elements, to compare the readings of working and redundant sensors, modules and processors for compliance with each other within the permissible error of these elements, and also with the possibility of evaluating the measurements of other sensors, modules and processors technologically related to these data, which have been tested by switching, and in case of their discrepancy with the measurements of working sensors, modules and processors, disconnecting working sensors, modules and processors, with the inclusion of redundant sensors , modules and processors.

Новым является также то, что система оснащена одной внутренней и как минимум одной внешней зонами дислокации ручных пунктов управления, а блок обработки выполнен с возможностью генерирования параллельных сигналов, передаваемых через блок распределения сигнала сетевой распределенной архитектуры для как минимум одной внешней зоны ручных пунктов управления.It is also new that the system is equipped with one internal and at least one external zone for the location of manual control points, and the processing unit is configured to generate parallel signals transmitted through the signal distribution unit of the network distributed architecture for at least one external zone of the manual control points.

Новым является также то, что блок распределения сигнала на внешние зоны дислокации оснащен как минимум одной дублирующей линией для обеспечения надежности передачи сигнала.It is also new that the block for distributing the signal to the outer zones of deployment is equipped with at least one redundant line to ensure the reliability of signal transmission.

Новым является также то, что блок распределения сигнала выполнен с возможностью генерации предаваемых по дублирующим линиям сигналов, управляемых программными протоколами, отличными от протоколов основной сетевой распределенной архитектуры.It is also new that the signal distribution unit is configured to generate signals transmitted over redundant lines controlled by software protocols different from the protocols of the main network distributed architecture.

На чертеже изображена принципиальная схема автоматизированной системы. Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность системы, на чертеже не показаны или показаны условно. На программное обеспечение нижнего и верхнего уровня авторы не претендуют, так как они разрабатываются под конкретные технологические процессы в зависимости от применяемых электронных элементов данной системы.The drawing shows a schematic diagram of an automated system. Structural elements and technological connections that do not affect the system's performance are not shown in the drawing or are shown conditionally. The authors do not pretend to the software of the lower and upper levels, since they are developed for specific technological processes, depending on the electronic elements of this system used.

Автоматизированная система управления технологическими процессами включает в себя измерительный блок 1, состоящий из основных 2 и дублирующих 3 модулей, получающих информацию с набора 4 соответствующих основных и дублирующих датчиков (не показаны), функционально соединенных с подконтрольным оборудованием (не показано), и направляющих переработанную информацию с применением программного обеспечения нижнего уровня в блок мониторинга 5, состоящий из диагностических контроллеров - основных 6 и дублирующих 7 процессоров, перерабатывающих полученную от соответствующих модулей 2 и 3 измерительного блока 1 информацию для произведения при помощи программного обеспечения верхнего уровня вычисления диагностических признаков, оценки технического состояния, диагностического анализа различных комбинаций подконтрольного оборудования и соответствия его технологическому процессу, заложенному в блок управления 8 интегрирующего и анализирующего полученную информацию от процессоров блока мониторинга 5 по шинам 9 и 10, а также выполненного с возможностью генерации управляющих сигналов, направляемых по шине 11 к соответствующему оборудованию (не показано), для регулировки технологического процесса в пределах допустимых параметров, заложенных в него заранее согласно обслуживаемому технологическому процессу. Любой из процессоров 6 и/или 7 выполнен с возможностью генерирования сигнала для ручных пунктов управления 12 через блок обработки 13 и сетевую распределенную архитектуру 14 для визуального отображения, обеспечивающий генерацию графических представлений контролируемых параметров, их производных величин и диагностических признаков (на мониторах, принтерах, плоттерах или т.п. через блоки приемки и обработки сигнала операторов - не показаны, так как это типовые системы), а при выходе данных из требуемых параметров - формирования предписаний техническому персоналу с помощью экспертного модуля с набором правил (например, красный мигающий свет, «тревога», «поломка оборудования», «дежурная бригада на выезд» или т.п. Для защиты от сбоев в питающих электрических сетях 15 система дополнительно оснащена как минимум одним распределителем питания 16, оборудованным блоками бесперебойного питания и/или генераторами постоянного и/или переменного тока, для электрического питания из электрической сети элементов системы (не показаны, так как авторы на конструкцию и обвязку данных элементов не претендуют). Распределитель питания 16 выполнен с возможностью подачи питания на все электрические элементы системы при помощи электрических кабелей 17 и автоматического переключения на элементы бесперебойного питания и/или запуска в работу генераторов тока при отключении электрического питания из сети. Для мониторинга работоспособности работающих основных датчиков, модулей измерения 2 и процессоров 6 их периодически переключают на дублирующие соответствующие элементы 3 и 7 или для замены их на соответствующий дублирующий датчик, модуль измерения 3 и процессор 7 при выходе из строя, что определяется при переключении во время мониторинга.The automated process control system includes a measuring unit 1, consisting of 2 main and 3 back-up modules that receive information from a set of 4 corresponding main and back-up sensors (not shown), functionally connected to the controlled equipment (not shown), and send the processed information using the lower-level software into the monitoring unit 5, consisting of diagnostic controllers - the main 6 and redundant 7 processors, processing the information received from the corresponding modules 2 and 3 of the measuring unit 1 for the calculation of diagnostic features using the upper-level software, assessing the technical condition , diagnostic analysis of various combinations of controlled equipment and its compliance with the technological process laid down in the control unit 8 integrating and analyzing the information received from the processors of the monitoring unit 5 according to buses 9 and 10, as well as capable of generating control signals directed along the bus 11 to the corresponding equipment (not shown) to adjust the technological process within the limits of permissible parameters laid down in it in advance according to the serviced technological process. Any of the processors 6 and / or 7 is configured to generate a signal for manual control points 12 through a processing unit 13 and a network distributed architecture 14 for visual display, which generates graphical representations of monitored parameters, their derived values and diagnostic signs (on monitors, printers, plotters or the like through the units for receiving and processing the operator's signal - not shown, since these are typical systems), and when the data is out of the required parameters, the instructions for the technical personnel are generated using an expert module with a set of rules (for example, a red blinking light, "Alarm", "equipment breakdown", "on-duty team on departure", etc. To protect against failures in the supply electrical networks 15, the system is additionally equipped with at least one power distributor 16, equipped with uninterruptible power supplies and / or generators of constant and / or alternating current, for electric power supply from the electric network elements of the system (not shown, since the authors do not pretend to design and harness these elements). The power distributor 16 is configured to supply power to all electrical elements of the system using electrical cables 17 and automatically switch to uninterruptible power supplies and / or start current generators when the electrical power is disconnected from the network. To monitor the operability of the working main sensors, measurement modules 2 and processors 6, they are periodically switched to duplicate corresponding elements 3 and 7 or to replace them with the corresponding duplicate sensor, measurement module 3 and processor 7 in case of failure, which is determined when switching during monitoring ...

При использовании автоматизированной системы на опасных объектах она может быть оснащена еще дополнительными элементами.When using an automated system at hazardous facilities, it can be equipped with additional elements.

Для зашиты от разрыва информационной связи от измерительного блока 1 и блока мониторинга 5 система может быть оснащена одной внутренней 18 и как минимум одной внешней 19 зонами дислокации ручных пунктов управления 12. При этом блок обработки 13 выполнен с возможностью генерирования параллельных сигналов 20, передаваемых через блок распределения сигнала 21 сетевой распределенной архитектуры 14 для как минимум одной внешней зоны 19 ручных пунктов управления 12.To protect against interruption of information communication from the measuring unit 1 and the monitoring unit 5, the system can be equipped with one internal 18 and at least one external 19 zones for the location of manual control points 12. In this case, the processing unit 13 is configured to generate parallel signals 20 transmitted through the unit distribution of the signal 21 of the network distributed architecture 14 for at least one external zone 19 of the manual control points 12.

Блок распределения сигнала 21 на внешние зоны дислокации 19 может быть оснащен как минимум одной дублирующей линией 22 для обеспечения надежности передачи сигнала. Причем для защиты от взлома и программного нарушения передаваемой информации блок распределения сигнала 21 может быть выполнен с возможностью генерации предаваемых по дублирующим линиям 22 сигналов, управляемых программными протоколами, отличными от основной сетевой распределенной архитектуры 14.The signal distribution unit 21 to the outer zones of the deployment 19 can be equipped with at least one redundant line 22 to ensure the reliability of signal transmission. Moreover, to protect against hacking and software violation of the transmitted information, the signal distribution unit 21 can be configured to generate signals transmitted over the backup lines 22 controlled by software protocols different from the main network distributed architecture 14.

Автоматизированная система управления технологическими процессами работает следующим образом.The automated process control system works as follows.

После установки и отладки элементов системы ее запускают в работу, причем количество основных и дублирующих датчиков, модулей 2 и 3 и процессоров 6 и 7 соответствует необходимому количеству показателей (давление, температура, перекачиваемый объем и т.п.) для осуществления технологического процесса. Соответствующее электрическое питание на электрические и электронные элементы подают из электрической сети 15 через распределители питания 16 по кабелям 17. Получаемую от основных датчиков набора 4 информацию получают по основным каналам 23 основные модули 2 измерительного блока 1, в которых при помощи программного обеспечения нижнего уровня информация оцифровывается и в необходимом цифровом формате подается в соответствующие основные процессоры 6 блока мониторинга 5 для обработки программным обеспечением верхнего уровня. В результате производятся вычисления диагностических признаков, оценки технического состояния, диагностического анализа различных комбинаций подконтрольного оборудования и соответствия его технологическому процессу, предварительно при отладке заложенному в блок управления 8 интегрирующего и анализирующего полученную информацию от основных процессоров 6 блока мониторинга 5 по шинам 9 и 10. После обработки информации блок управления 8 генерирует и подает соответствующие управляющие сигналы по шине 11 на оборудование, регулирующее соответствующий показатель, для поддержания технологического процесса в заданном допустимом диапазоне.After installation and debugging of the system elements, it is put into operation, and the number of main and backup sensors, modules 2 and 3 and processors 6 and 7 corresponds to the required number of indicators (pressure, temperature, pumped volume, etc.) for the implementation of the technological process. The corresponding electrical power supply to the electrical and electronic elements is supplied from the electrical network 15 through the power distributors 16 via cables 17. The information received from the main sensors of set 4 is received through the main channels 23 by the main modules 2 of the measuring unit 1, in which the information is digitized using the lower-level software and in the required digital format is supplied to the corresponding main processors 6 of the monitoring unit 5 for processing by the upper-level software. As a result, the calculations of diagnostic signs, technical condition assessment, diagnostic analysis of various combinations of controlled equipment and their compliance with the technological process are performed, which is preliminarily laid down in the control unit 8 during debugging, which integrates and analyzes the information received from the main processors 6 of the monitoring unit 5 via buses 9 and 10. After information processing control unit 8 generates and sends corresponding control signals via bus 11 to the equipment, which regulates the corresponding parameter, to maintain the technological process in a predetermined allowable range.

Например, допустимый диапазон температур в газовой емкости (не показана) составляет 213±2°С, датчик температур набора 4 показывает, что температура составляет 212°С и показывает динамику к снижению, этот сигнал по каналу 23 оцифровывается в основном модуле 2 измерительного блока 1, подается на основной процессор 6, где обрабатывается с учетом динамики, сверяясь по шинам 9 и 10 с заложенными в блок управления 8 оцифрованными показателями. По результатам обработки блок управления 8 подает сигнал по шине 11 на открытие задвижки, подающей топливо (например, газовоздушную смесь) в нагревающий котел (не показан). После повышения температуры в пределах 213+2°С, блок управления постепенно перекрывает задвижку, подающей топливо в нагревающий котел, до стабилизации температуры в заданных пределах - 213±2°С.For example, the permissible temperature range in the gas tank (not shown) is 213 ± 2 ° C, the temperature sensor of set 4 shows that the temperature is 212 ° C and shows the dynamics of decreasing, this signal is digitized on channel 23 in the main module 2 of the measuring unit 1 , is fed to the main processor 6, where it is processed taking into account the dynamics, checking on the buses 9 and 10 with the digitized indicators embedded in the control unit 8. Based on the processing results, the control unit 8 sends a signal via the bus 11 to open the valve supplying fuel (for example, an air-gas mixture) to a heating boiler (not shown). After the temperature rises within 213 + 2 ° С, the control unit gradually closes the valve supplying fuel to the heating boiler until the temperature stabilizes within the specified limits - 213 ± 2 ° С.

Все сигналы с блока моделирования также направляются через сетевую распределенную архитектуру 14 и блок обработки 13 на ручные пункты управления 12, где информация перерабатывается и подается техническому персоналу, обслуживающему технологическое оборудование, в наглядном виде визуального отображения, что обеспечивается генерацией графических представлений контролируемых параметров, их производных величин и диагностических признаков.All signals from the simulation unit are also sent through the network distributed architecture 14 and the processing unit 13 to manual control points 12, where the information is processed and supplied to the technical personnel serving the technological equipment in a visual form of visual display, which is ensured by the generation of graphical representations of the monitored parameters and their derivatives values and diagnostic signs.

Периодически блок управления 8 по кабелям 9 и 10 подает сигнал на смену основных датчиков, модулей 2 и процессоров 6, запоминая их последние показатели, на дублирующие датчики, модули 3 и процессоры 7, получающих информацию по дублирующему каналу 24. Если показания дублирующих элементов 3 и 7 совпадают с последними показаниями соответствующих основных элементов 2 и 6, то блок управления 8 подает сигнал вернуть в работу основные датчики, модули 2 и процессоры 6, отключив дублирующие датчики, модули 3 и процессоры 7. Значит все датчики, модули 2 и 3 и процессоры 6 и 7 прошли поверку.Periodically, the control unit 8 via cables 9 and 10 sends a signal to change the main sensors, modules 2 and processors 6, memorizing their last indicators, to the duplicate sensors, modules 3 and processors 7, receiving information via the duplicate channel 24. If the readings of duplicate elements 3 and 7 coincide with the last readings of the corresponding main elements 2 and 6, then the control unit 8 gives a signal to return the main sensors, modules 2 and processors 6 to work, disabling duplicate sensors, modules 3 and processors 7. So all sensors, modules 2 and 3 and processors 6 and 7 have been verified.

Если показания соответствующих основных и дублирующих датчиков, модулей 2 и 3 и процессоров 6 и 7 на соответствуют друг другу в рамках допустимой погрешности этих элементов системы (определяется по паспорту поставляемого элемента), блок управления 8 автоматически оценивает технологически связанные с этими данными измерениями других датчиков, модулей 2 и 3 и процессоров 6 и 7, которые прошли поверку переключением. Например, в газовой емкости, в которой осуществляется изохорный процесс (так как емкость герметично закрыта), основной датчик давления через основные модуль 2 и процессор 6 показывает рост давления, а дублирующие датчик, модуль 3 и 7 показывают, что давление остается без изменений, тогда блок управления 8 «опрашивает» датчики давления через основные и дублирующие модули 2 и 3 и процессоры 6 и 7, которые показали неизменность температуры в емкости. Так как вероятность выхода одновременно нескольких датчиков практически равна нулю, то блок управления отключается основные датчик давления, модуль 2 и процессор 6, включая в работу дублирующие датчик давления, модуль 3 и процессор 7. При этом блок мониторинга 5 формирует предписания, передаваемые при помощи сетевой распределенной архитектуры 14 через блок обработки 13 в ручные пункты управления 12, техническому персоналу, требующие замены вышедших из строя основных датчика давления, модуля 2 и процессора 6, например, миганием на мониторе вышедших из строя элементов с мигающей надписью «внимание». После замены техническим персоналом вышедших из строя элементов, новые элементы включаются в работу как дублирующие. В результате технологический процесс идет без сбоев и без остановки.If the readings of the corresponding main and backup sensors, modules 2 and 3 and processors 6 and 7 do not correspond to each other within the permissible error of these system elements (determined by the passport of the supplied element), the control unit 8 automatically evaluates the measurements of other sensors technologically related to these data, modules 2 and 3 and processors 6 and 7, which have passed the switching verification. For example, in a gas container, in which the isochoric process is carried out (since the container is hermetically sealed), the main pressure sensor through the main module 2 and processor 6 shows an increase in pressure, and the duplicate sensor, module 3 and 7 show that the pressure remains unchanged, then the control unit 8 "interrogates" the pressure sensors through the main and redundant modules 2 and 3 and processors 6 and 7, which showed the invariability of the temperature in the tank. Since the probability of simultaneous release of several sensors is practically zero, the control unit turns off the main pressure sensor, module 2 and processor 6, turning on the redundant pressure sensors, module 3 and processor 7. In this case, the monitoring unit 5 generates instructions transmitted using the network distributed architecture 14 through the processing unit 13 to manual control points 12, to technical personnel requiring replacement of the failed main pressure sensors, module 2 and processor 6, for example, by flashing the failed elements on the monitor with a blinking "attention" inscription. After the replacement of the failed elements by the technical personnel, the new elements are included in the work as duplicates. As a result, the technological process runs smoothly and without interruption.

При технологическом процессе для опасных производств периодические переключения для поверки основных датчиков, модулей 2 и процессоров 6 производятся чаще, чем на безопасном, не приводящим к катастрофическим последствиям. Например, при переработке нефти и/или газа подобные поверки производятся один раз в час - полтора, а для элеваторов - одни раз в 2 - 3 дня без риска несоблюдения технологических параметров. В каждом конкретном случае периоды поверки выбираются исходя из конкретного типа технологических операций на основании расчетом и/или эмпирическим способом (авторы на это не претендуют).In the technological process for hazardous industries, periodic switching to calibrate the main sensors, modules 2 and processors 6 are performed more often than in a safe one, which does not lead to catastrophic consequences. For example, when processing oil and / or gas, such checks are made once an hour - one and a half, and for elevators - once every 2 - 3 days without the risk of non-compliance with technological parameters. In each specific case, the verification periods are selected based on the specific type of technological operations on the basis of a calculation and / or empirical method (the authors do not pretend to be).

Для опасных производств рекомендуется минимизация нахождения людей в опасных зонах, для этого систему оснащают одной внутренней 18, играющей роль резервной в случае выходи из строй других зон, и как минимум одной внешней 19 зонами дислокации ручных пунктов управления 12. Зоны дислокации 18 и 19 ручных пунктов управления 12 получают аналогичные сигналы от блока мониторинга 5 по сетевой распределенной архитектуре 14 через блок обработки 13. При этом внешние зоны дислокации 19 получают сигналы через блок распределения сигнала 21 сетевой распределенной архитектуры 14, связанный с блоком мониторинга 5 параллельными одинаковыми сигналами 20, генерируемыми блоком обработки 13, например, по параллельным оптико-волоконным кабелям или бронированным кабелям (показаны условно). При выходе одного кабеля с сигналом 20 из строя, например, при обрыве одного кабеля, окисления контактов соединения и/или т.п., работоспособность системы не нарушится, однако будет сгенерирован блоком обработки 13 сигнал, который передается при помощи сетевой распределенной архитектуры 14 в ручные пункты управления 12, техническому персоналу, требование проведения ремонтных работ на одном из кабелей, например, миганием на мониторе вышедшего из строя кабеля с мигающей надписью «авария на кабеле». При этом дежурный технический персонал на время ремонта (чтобы исключить полную потерю связи с автоматизированной системой) перемещается во внутреннюю зону дислокации 18. После замены техническим персоналом вышедших из строя элементов, дежурный технический персонал из внутренней зоны дислокации 18 переводится в любую внешнюю зону дислокации 19 (определяется из критерия технологической необходимости руководством предприятия). Таким образом полностью защищая от потери работоспособности всю автоматизированную систему.For hazardous industries, it is recommended to minimize the presence of people in hazardous areas, for this the system is equipped with one internal 18, which plays the role of a backup in the event of other zones out of service, and at least one external 19 zones for the deployment of manual control points 12. Deployment zones 18 and 19 manual points control 12 receive similar signals from the monitoring unit 5 over the network distributed architecture 14 through the processing unit 13. In this case, the outer zones of the deployment 19 receive signals through the signal distribution unit 21 of the network distributed architecture 14, connected to the monitoring unit 5 by parallel identical signals 20 generated by the processing unit 13, for example, over parallel fiber optic cables or armored cables (shown conventionally). If one cable with a signal 20 fails, for example, if one cable is broken, the connection contacts are oxidized, and / or the like, the system will not malfunction, but a signal will be generated by the processing unit 13, which is transmitted using a network distributed architecture 14 to manual control points 12, technical personnel, the requirement to carry out repair work on one of the cables, for example, by flashing a failed cable on the monitor with a flashing inscription "cable accident". At the same time, the technical personnel on duty during the repair (in order to exclude a complete loss of communication with the automated system) moves to the inner deployment zone 18. After replacing the failed elements by the technical personnel, the technical personnel on duty from the inner deployment zone 18 is transferred to any external deployment zone 19 ( is determined from the criterion of technological necessity by the management of the enterprise). Thus, completely protecting the entire automated system from loss of performance.

Для связи с другими службами предприятия автоматизированная система через модем 25 может быть соединена кабелем 26 или радиолинией (не показана) с общей сетью (не показана - такие соединения известны, авторы на это не претендуют). При этом существует риск преднамеренного или непреднамеренного (вирус или нечаянно персоналом из общей сети) взлома передающих протоколов передачи данных. Поэтому для исключения нарушения работоспособности внешних зон дислокации 19 ручных пунктов управления 12 (только они имеют связь с общей сетью) блок распределения сигнала 21 на внешние зоны дислокации 19 оснащают как минимум одной дублирующей линией 22 для обеспечения надежности передачи сигнала. Причем для защиты от взлома и программного нарушения передаваемой информации блок распределения сигнала 21 выполнен с возможностью генерации предаваемых по дублирующим линиям 22 сигналов, управляемых программными протоколами (например, ICSPNet), отличными от протоколов (например, PIN) основной сетевой распределенной архитектуры 14. При попытке изменения протокола сетевой распределенной архитектуры 14 (определяется несоответствием получаемых данных по линиям сетевой распределенной архитектуры 14 и дублирующим линиям 22) модем 25 отключается, а передача данных от распределителя сигнала 21 идет по одной из дублирующих линий 22. При этом генерируется и передается при помощи сетевой распределенной архитектуры 14 и одной из дублирующих линий 22 в ручные пункты управления 12, техническому персоналу, требование проведения устранения последствий воздействия основной протокол передачи, например, миганием на мониторе изображения модема 25 с мигающей надписью «попытка программного взлома». При этом дежурный технический персонал на время устранения программных неполадок (чтобы исключить полную потерю связи с автоматизированной системой) перемещается во внутреннюю зону дислокации 18. После устранения внешнего воздействия и проверки всей сетевой распределенной архитектуры 14 дежурный технический персонал из внутренней зоны дислокации 18 переводится в любую внешнюю зону дислокации 19. Таким образом полностью защищая от сбоев всю автоматизированную систему.For communication with other services of the enterprise, the automated system via a modem 25 can be connected by a cable 26 or a radio link (not shown) to a common network (not shown - such connections are known, the authors do not pretend to be). In this case, there is a risk of deliberate or unintentional (virus or unintentional personnel from the general network) hacking of the transmitting data transfer protocols. Therefore, in order to prevent disruption of the performance of the external zones of the deployment 19 of the manual control points 12 (only they have a connection with the common network), the signal distribution unit 21 to the outer zones of the deployment 19 is equipped with at least one backup line 22 to ensure the reliability of signal transmission. Moreover, to protect against hacking and software violation of the transmitted information, the signal distribution unit 21 is configured to generate signals transmitted over redundant lines 22, controlled by software protocols (for example, ICSPNet), different from the protocols (for example, PIN) of the main network distributed architecture 14. When trying changes in the protocol of the network distributed architecture 14 (determined by the discrepancy between the received data over the lines of the network distributed architecture 14 and the redundant lines 22), the modem 25 is disconnected, and the data transmission from the signal distributor 21 goes along one of the redundant lines 22. At the same time, it is generated and transmitted using the network distributed architecture 14 and one of the backup lines 22 to manual control points 12, technical personnel, the requirement to eliminate the consequences of the impact of the main transmission protocol, for example, by flashing the image of the modem 25 on the monitor with the blinking inscription “software hacking attempt”. At the same time, the technical personnel on duty during the elimination of software problems (in order to exclude a complete loss of communication with the automated system) moves to the internal deployment area 18. After the elimination of external influences and verification of the entire network distributed architecture 14, the technical personnel on duty from the internal deployment area 18 are transferred to any external deployment area 19. Thus, completely protecting the entire automated system from failures.

В случаях, когда происходят сбои в подаче электрического питания, в одной из электрических сетей 15 в соответствующем распределителе питания 16 автоматически реле (не показаны) отключают эту сеть 15 и подключают элементы бесперебойного питания и/или запускают в работу генераторов тока, передавая соответствующим электрические элементы системы при помощи электрических кабелей 17. Так же полностью защищая от выхода из строя всю автоматизированную систему.In cases where failures occur in the supply of electrical power, in one of the electrical networks 15 in the corresponding power distributor 16, the relays (not shown) automatically disconnect this network 15 and connect the uninterruptible power supply elements and / or start the current generators, transferring the electrical elements to the corresponding systems using electrical cables 17. Also completely protecting the entire automated system from failure.

Прилагаемая автоматизированная система управления технологическими процессами обеспечивает высокую надежность работы всего цикла технологического процесса за счет защиты от сбоев в электрическом питании оборудования и от выхода из строя элементов самой системы, благодаря наличию дублирующих источников питания и возможности проверки и при необходимости автоматической замены дублирующими элементами самой системы.The attached automated process control system ensures high reliability of the entire cycle of the technological process by protecting against failures in the electrical power supply of the equipment and from failure of the elements of the system itself, due to the presence of redundant power supplies and the possibility of checking and, if necessary, automatic replacement with redundant elements of the system itself.

Claims

1. An automated process control system, including a measuring unit, consisting of main modules that receive information from a set of corresponding main sensors, functionally connected to the controlled equipment, and send the processed information using low-level software to a monitoring unit consisting of diagnostic controllers - main processors that process the information received from the corresponding modules of the measuring unit for the calculation of diagnostic signs, assessment of the technical condition, diagnostic analysis of various combinations of controlled equipment and its compliance with the technological process embedded in the control unit, integrating and analyzing the information received from the processors monitoring unit, as well as capable of generating control signals for adjusting the technological process within the limits of the permissible parameters laid down in it, while any of the processors is made with the ability, when the data comes out of the required parameters, the formation of instructions to the technical personnel using an expert module with a set of rules and the generation of a signal for manual control points through a processing unit and a network distributed architecture for visual display, providing at the diagnostic station of the system the generation of graphical representations of the monitored parameters, their derived values and diagnostic signs, characterized in that the system is additionally equipped with at least one power distributor equipped with uninterruptible power supplies and / or generators of direct and / or alternating current, for electric power supply from the electric network of the system elements, and the power distributor is made with the possibility of automatic switching to uninterruptible power supply elements and / or starting current generators in operation when the electric power supply from the mains, and the main measuring unit, the monitoring unit are equipped with redundant sensors, measurement modules and processors, respectively, to monitor the performance of operating sensors, measurement modules and processors during periodic switching to redundant elements, while the control unit is configured to switch to redundant elements to compare the readings of working and redundant sensors, modules and processors for compliance with each other within the permissible error of these elements, as well as with the possibility of evaluating the technologically related measurements of other sensors, modules and processors that have passed the switching test, and, in the case of their discrepancies with measurements of working sensors, modules and processors, disconnection of working sensors, modules and processors, with the inclusion of redundant sensors, modules and processors.

2. The automated control system of technological processes according to claim 1, characterized in that the system is equipped with one internal and at least one external zones for the location of manual control points, and the processing unit is configured to generate parallel signals transmitted through the signal distribution unit of the network distributed architecture for at least one outer zone of manual control points.

3. The automated control system of technological processes according to claim 2, characterized in that the block for distributing the signal to the outer zones of the deployment is equipped with at least one redundant line to ensure the reliability of signal transmission.

4. The automated process control system according to claim 3, characterized in that the signal distribution unit is configured to generate signals transmitted over redundant lines controlled by software protocols different from the protocols of the main network distributed architecture.