Порядок создания, модернизации и сопровождения АСУТП

Ю.Н.Федоров

ПОРЯДОКСОЗДАНИЯ,
МОДЕРНИЗАЦИИ
ИСОПРОВОЖДЕНИЯ
АСУТП

Методичесоепособие

Инфра-Инженерия
Мосва
2011

БИБЛИОТЕКАНЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКАИЕГОПОДРЯДЧИКОВ(SERVICE)
УДК(665.6/.7:681.5).002.2
ББК35.514:32.965
Ф33

ФедоровЮ.Н.
Ф33
Порядосоздания,модернизацииисопровождения
АСУТП.-М.:Инфра-Инженерия,2011.-576с.

ISBN978-5-9729-0039-8

Необходимостьсозданияисохраненияотечественныхстандартовавтоматизации,определяющихспециальныетребованияпроетированиюсистемправленияизащитытехнолоичесихпроцессов,связанасвсёбольшимсложнениемисамихтехнолоичесих
процессов,исредствавтоматизации,иссоответствющимвеличениемоличестваимасштабоваварийнапроизводстве.
Внастоящемизданииавторразвиваетметодыпроетированияи
разработисистемправленияизащитынаосноведостиженийотечественнойприладнойшолы,и,втожевремя,соласованныхс
позитивныммежднароднымопытом.Представленполныйтест
Стандартапредприятиянапорядосоздания,модернизации,внедренияисопровожденияАСУТП,разработаннооавторомнии.Стандартдоазалсвоюэффетивностьвработенадмноимипроетами
автоматизациихимичесих,нефтехимичесихинефтеперерабатывающихпроизводств.

©ФедоровЮ.Н.,автор,2011
©Издательство«Инфра-Инженерия»,2011

ISBN978-5-9729-0039-8

Предисловие
3

Вишь ты, - сказал один другому, - Вон какое колесо!

Что ты думаешь, доедет то колесо, 

Если б случилось, в Москву, или не доедет?

- Доедет, - отвечал другой.

- А в Казань-то, я чай, не доедет?

- В Казань не доедет, - отвечал другой.

Этим разговор и кончился.

Николай Васильевич Гоголь, 

Мертвые души

Предисловие

Современный подход к промышленной автомати
зации заключается в формировании автоматизированных систем как главного инструмента единой системы 
управления и защиты технологического процесса.

Цель  представленной работы – определение ме
тодологии проектирования систем управления и защиты 
технологических процессов, и соответствующее закрепление базовых стадий и этапов создания АСУТП в виде 
конкретного документа – Стандарта предприятия на "Порядок 
создания, 
модернизации 
и 
сопровождения 

АСУТП". Наличие этого документа является особенно 
актуальным для производств нефтегазового комплекса –
химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий. Наконец, это сохранение лучших образцов отечественной нормативной базы, созданной 
усилиями  наших ведущих специалистов. 

Порядок создания, модернизации и сопровождения АСУТП
4

С появлением микроэлектроники системы управ
ления и защиты технологических процессов становятся 
всё более мощными, но, в то же время, и всё более уязвимыми. Особенность электронных систем заключается 
в том, что системы, предназначенные для управления и 
защиты технологических процессов, сами по себе представляют значительную опасность. При этом причины 
отказов различного рода существенным образом пересекаются, и вызывают кумулятивный эффект. 

Жизненно важный аспект создания безопасных 

АСУТП – это формализация самого процесса создания 
АСУТП. При этом принципы построения и существования автоматизированных систем в течение всего жизненного цикла  регламентируются множеством нормативных документов:


Официально признанными международными 
стандартами; 


Государственными стандартами;


Отраслевыми стандартами;


Специфическими стандартами предприятия. 

Классическая система управления технологиче
скими процессами (АСУТП) в самом общем виде объединяет в себе два взаимосвязанных компонента: 


Распределенная Система Управления –  РСУ, 


Система Противоаварийной Защиты
–  ПАЗ. 

Как бы то ни было, без современного полевого

оборудования, без надежной системы базового управления и защиты невозможно перейти к реализации функций управления более высокого порядка. К сожалению, 
последние двадцать лет безграничной свободы (в очередной раз сбылась народная мечта: темницы рухнут, и 
– свобода!..) привели к тому, что практически невозможно найти человека, способного более-менее внятно объяснить понятие "усовершенствованное управление про

Предисловие
5

цессом" (Advanced Process Control). А тем более "упреждающее управление с прогнозирующей моделью" (MPC 
– Model Predictive Control), да ещё и с учетом ограничений на управляющие и управляемые переменные. Как 
говорил Козьма Прутков, "многие вещи нам непонятны
не потому, что, наши понятия слабы, а потому, что сии 
вещи не входят в круг наших понятий". По независимым 
оценкам фирм Honeywell и Yokogawa, экономический 
эффект от внедрения пакетов усовершенствованного 
управления составляет от  60% до 80% в общей доле 
прибыли от внедрения комплексных автоматизированных систем управления процессом, со сроком окупаемости 6-12 месяцев. Невостребованность современных методов управления в лучшем случае низводит процесс 
создания АСУТП до тривиальной модернизации, не 
привнося никаких существенных улучшений. 

Возврат капиталовложений

(по данным фирмы Yokogawa)

На рис.1 представлено процентное соотношение

затрат и соответствующих экономических эффектов для
основных уровней управления по данным Yokogawa
Electric Corporation: 

1. 
Первичное внедрение РСУ (первоначальные 

капиталовложения) –  Базовая система управления:


Повышение безопасности эксплуатации; 


Снижение эксплуатационных издержек; 


Более стабильное качество продукции;


Эффективность работы операторов. 

Результат – всего 30% потенциальной прибыли от 70% 
затрат. 

2. 
Перспективные возможности РСУ (реальные 

преимущества потребителя) – Усовершенствованное 
управление (APC):

Порядок создания, модернизации и сопровождения АСУТП
6


Полное использование функциональных возможностей системы; 


Максимальная стабильность и рентабельность 
установки (MPC, MVC); 


Оптимальная интеграция с уровнями управления производством – MES, ERP; 


Уменьшение негативного воздействия на природу. 

Рис.1

Результат – уже 70% потенциальной прибыли от 30% 
затрат.

Возврат капиталовложений

(по данным фирмы Honeywell)

1.  Первичное внедрение РСУ (первоначальные 

капиталовложения) – Базовое и связное управление:

Предисловие
7


Повышение 
безопасности 
технологического 

процесса; 


Снижение эксплуатационных расходов; 


Стабильное качество продукции. 

Результат – всего 22% потенциальной прибыли от 80% 
затрат. 

2.  Дальнейшее развитие РСУ (реальная прибыль 

заказчика) – Усовершенствованное управление (APC): 


Повышение эффективности управления процессом; 


Интеграция с уровнем управления производством в реальном времени; 


Увеличение рентабельности установки; 


Улучшение экологических показателей. 

Результат – ещё 78% потенциальной прибыли от 20% 
затрат. 

20
40
60
80
100
0

20

40

60

80

100

0

62%

22%

15%

Базовое регулирование

Связное регулирование

Усовершенствованное управление (APC)

Оптимизация

Затраты

Экономический

эффект

20
40
60
80
100
0

20

40

60

80

100

0

62%

22%

15%

Базовое регулирование

Связное регулирование

Усовершенствованное управление (APC)

Оптимизация

Затраты

Экономический

эффект

Усовершенствованное

управление процессом

Рис. 2

Порядок создания, модернизации и сопровождения АСУТП
8

Предпосылками успешного внедрения систем усо
вершенствованного управления являются:


Современные СИ и СА; 


Современная распределенная система управления; 


Устойчивое базовое регулирование: непосредственная реализация проектов APC должна 
начинаться снизу, с проверки и настройки системы локального и связного регулирования. 
Часто только эти мероприятия уже приносят 
ощутимый экономический эффект; 


Экономические данные о работе технологического процесса; 


Хорошо организованный проект. Проект внедрения APC, конечно, требует материальных 
затрат, однако, не настолько больших, как, например, приобретение дорогостоящих многопоточных анализаторов. 

Преимущества внедрения усовершенствованного 

управления технологическим процессом: 


Коммерческие преимущества


Повышение безопасности процесса


Повышение межагрегатной устойчивости


Повышение эффективности работы технологов-операторов


Повышение качества оперативной и долгосрочной информации


Снижение негативного воздействия на природу. 

Таким образом, мы приходим к необходимости ис
пользования всего потенциала управляющих систем, а 
именно, обязательное применение методов усовершенствованного управления процессом: 

Предисловие
9


APC – Упреждающее управление по моделям
процесса, и 


OPC – Оптимальное управление. 

И далее – предмет отдельного разговора – инте
грация АСУТП с вышестоящими уровнями управления: 


Управление производством (MES),


Управление предприятием в целом (ERP). 

Едва ли не единственным отечественным норма
тивным документом, определившим требования к системам управления и противоаварийной защиты, являются 
"Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств" (ПБ 09-540-03), подготовленные ещё светлой памяти Госгортехнадзором. 

Согласно этому документу, надежность средств 

управления и защиты должна обеспечиваться:


Аппаратурным резервированием необходимого типа;  


Временной, информационной и функциональной избыточностью; 


Полнотой средств автономной и оперативной 
диагностики. 

Таким образом, система должна предусматривать, 

как минимум:  


Стопроцентное резервирование всех критических компонент системы управления и защиты 
взрывоопасного объекта:


Полевое оборудование (датчики, клапаны)


Станции управления процессом,


Станции противоаварийной защиты, 


Промышленные сети,


Система бесперебойного электропитания.  

Порядок создания, модернизации и сопровождения АСУТП
10


Полностью цифровое (Fieldbus, Profibus) или 
гибридное аналогово-цифровое (HART) полевое оборудование. 


Детерминированные промышленные сети, гарантирующие реакцию системы управления и 
защиты в течение предопределенного интервала времени. 


Беспроблемное сочетание оборудования разных производителей в единой системе управления и защиты. 

С появлением цифровых и гибридных полевых 

устройств с самодиагностикой особую роль приобретают 
Системы обслуживания полевого оборудования в реальном масштабе времени, позволяющие: 


Радикальным образом повысить доверие к 
системе управления и защиты, 


Уменьшить затраты на обслуживание, 


Сократить число и время простоев.  

Эти системы обеспечивают:


Дистанционные операции с полевым оборудованием; 


Автоматизацию обслуживания; 


Возможность превентивного обслуживания; 


Поддержку 
автоматического 
распознавания 

нового оборудования (plug-in).

Сводный эффект внедрения системы управления 

оборудованием: 


Увеличение безопасности процесса; 


Увеличение пробега оборудования; 


Автоматизированный контроль эффективности 
обслуживания; 


Общее сокращение стоимости обслуживания.