Cистема Автоматизированного Управления процесса стерилизации биореактора

Остальные рефераты » Cистема Автоматизированного Управления процесса стерилизации биореактора

Приложение 3


Отказоустойчивое управления (системы ПАЗ) – TRICON (TRICONEX)


Отказоустойчивая система управления выявляет и компенсирует неисправные элементы и позволяет ремонтировать систему во время выполнения заданной задачи без прерывания процесса.

Системы управления высокой надежности такие как TRICON используются в технологических процессах с критическими условиями которые предъявляют жесткие требования к безопасности и готовности.


TRICON - это современная отказоустойчивая система управления основанная на архитектуре с тройным модульным резервированием (TMR). TMR использует три изолированные параллельные системы управления и диагностику объединенные в единую систему. Система использующая принцип мажоритарной выборки "два – из – трех" обеспечивает высокую надежность безошибочность и безостановочное функционирование и не имеет ни одного слабого звена.

Сигналы сенсоров во входном модуле разделяются и направляются по трем независимым и изолированным каналам к одному из трех главных процессоров.

Межпроцессорная шина TRIBUS выполняет мажоритарную выборку данных и корректирует любые расхождения входных сигналов. В результате этого гарантируется что каждый главный процессор использует одни и те же

выбранные данные для выполнения прикладной программы.

Выходные параметры затем направляются по трем различным каналам к выходным модулям где вновь проводится мажоритарная выборка для обеспечения надежности. Цифровая мажоритарная выборка выходного сигнала осуществляется с помощью запатентованной схемы учетверенной выборки выборка аналогового сигнала осуществляется с помощью аналогового выходного селектора. Схема с обратными связями обеспечивает конечную оценку состояния выходного сигнала и диагностику скрытых ошибок.

Установка и запуск системы TRICON облегчается тем что тройная система резервирования TMR с точки зрения пользователя действует как одна система управления. Пользователь устанавливает и подсоединяет датчики и исполнительные механизмы к единой терминальной точке цепи и программирует TRICON с помощью одной прикладной программы.

Диагностика каждого независимого канала каждого модульного компонента и каждой функциональной цепи позволяет обнаруживать ошибки

функционирования и сообщать о них. Все данные диагностики хранятся в качестве системных переменных сообщения выводятся на соответствующие светодиодные индикаторы (LED) или на контакты тревожной сигнализации. Эта информация может быть использована в прикладной программе для изменения действий по управлению процессом или при техническом обслуживании. Все неисправные компоненты могут быть заменены в оперативном режиме без прерывания процесса! Эти особенности TRICON обеспечивают высочайшую надежность данной системы.

Основные особенности системы TRICON:

отсутствие слабых звеньев в системе;

  1. возможность функционирования с тремя двумя или одним главными процессорами перед отключением;

  2. тройная система резервирования;

  3. всеобъемлющая система диагностики модулей;

  4. простой ремонт модулей в процессе работы.

Системы TRICON применяются в системах противоаварийной защиты (ESD) опасных производств на нефтехимических и химических заводах; в системах противопожарной безопасности плавучих платформ котлов во многих обрабатывающих и перерабатывающих процессах; в управлении газовыми и паровыми турбинами.

Высокий уровень безопасности TRICON обеспечиваемый применением специализированной архитектуры и средств внутренней диагностики соответствует третьему уровню безопасного допуска SIL (Safety Integrity Level) определенному международным стандартом IEC 61508. Для уровня SIL 3 стандарта IEC 61508 определены:

  1. вероятность возникновения ошибки - от 1.000 до 10.000 лет;

  2. готовность - 99.90 - 99.99%.

Также система TRICON сертифицирована Ассоциацией Технического Надзора (Германия) (TUV) для использования в производствах требующих “German Safety Requirement Class 5 and 6”.


Приложение 4


Полевая шина - Fieldbus


Современная микроэлектроника предлагает разработчикам технических информационных систем возможность добиться высоких характеристик при относительно низкой цене позволяет реализовать функции автоматики вне блока центрального процессора например в станках агрегатах датчиках и исполнительных механизмах [19].

Такое смещение функциональности в сторону периферийного технологического оборудования (децентрализация) выявило потребность в новых видах коммуникаций. Прежде передача и обработка сигналов осуществлялась за счет простого включения в автоматизируемый процесс некоторого вычислителя однако сегодня интеллектуальные компоненты автоматизируемого процесса требуют специально разработанных видов связей действующих в рамках их собственной функциональности. Появление цифрового интерфейса сделало переход к локальной сети почти неминуемым. Этот вид сети функционирующей на нижнем уровне системы автоматизации непосредственно рядом с технологическим процессом получил название fieldbus (полевая шина или промышленная сеть).

К наиболее известным и применяемым в мире открытым промышленным сетям относятся: CAN LON PROFIBUS Interbus-S FIP FF DeviceNET SDS ASI HART и некоторые другие. Каждая из перечисленных систем имеет свои особенности и области применения. Большие усилия направлены сегодня на разработку аппаратно-программных шлюзов (мостов) из одного протокола в другой. И эти решения составляют отдельный сегмент продуктов в области fieldbus-систем.


Метод квалиметрии


Vетод квилиметрии разработал видный русский математик механик и кораблестроитель академик А.Н.Крылов. Название метода происходит от латинских слов qualis – какой по качеству и metreo – измерение то есть измерение качества и обозначает отрасль науки занимающейся и реализующая методы количественной оценки качества продукции. В настоящее время квалиметрия получила развитие и признание у специалистов. Квалиметрию можно рассматривать как часть исследования операций объединяющую методы количественного обоснования решений принимаемых в управлении и обеспечении качества как составной важной части эффективности продукции на всех этапах ее жизненного цикла –проектирования производства и эксплуатации.

Основная суть квалиметрического метода оценки характеристик программируемых логических контроллеров состоит в следующем:

1. Строится дерево свойств показывающее взаимосвязи между сложными простыми и элементарными свойствами. Дерево свойств строится в соответствии с рядом правил: 1) признак деления на свойства должен быть один и должен отражать данные однородные свойства то есть смешивать разнородные свойства в группе нельзя; 2) лишние дублирующие свойства не должны включаться в дерево свойств; 3) в дерево свойств должно быть включено минимальное количество свойств; 4) допускается включать в дерево свойства которые не имеют критерия в конкретном выражении но важны для оценки данного объекта. Далее проводится экспертиза дерева свойств специалистами на предмет соответствия поставленной задачи квалимитрической оценке а также на предмет правильности его построения. При этом все простые и элементарные свойства должны быть проверены в части наличия достоверных сопоставимых количественных показателей.

2. Определение коэффициентов весомости которое проводится в соответствии по следующей схеме: 1) уяснение экспертами целевого предназначения машины в решаемой задаче (оперативное и тактическое назначение машины [10 27] и условия эксплуатации [10]); 2) составление индивидуальной анкеты для установления ненормируемых коэффициентов весомости по группам которые комплектуются по дереву свойств; 3) назначение ненормированных коэффициентов весомости ( - число экспертов) в группах при условии что наивысшему по значимости свойству эксперт назначает коэффициент 10 балов всем прочим устанавливаются меньшие значения коэффициентов в зависимости от снижения значимости; 4) согласование мнений экспертов путем обсуждений где устраняются отклонения в оценке более 20% (если такие отклонения имеются то назначается второй тур экспертного опроса по несогласованным оценкам или проведение согласования статистическими методами путем определения коэффициентов вариации () и среднеквадратичного отклонения () где - число групп оценок и соответствующее отсеивание больших отклонений); 5) составление сводной анкеты со значениями данных всех экспертов по согласованным ненормированным коэффициентам; 6) по заполненной сводной анкете определяются нормированные коэффициенты весомости в следующей последовательности: 6.1) определение среднеарифметического значения групповых ненормированных коэффициентов ; 6.2) определение суммы всех средних групповых ненормированных коэффициентов в каждой группе ; 6.3) определение групповых нормированных коэффициентов где ;
6.4) определение коэффициентов весомости простых и элементарных свойств в общей системе качеств которые получаются перемножением групповых коэффициентов составляющих ветвь дерева по горизонтали где - число элементов по горизонтали в группе; 6.5) проверка правильности расчетов согласно которой сумма всех коэффициентов весомости в каждом уровне должна быть равна единице .

3. Определение базовых и экстремальных абсолютных показателей свойств сводится к нахождению максимального (наилучшего – базового ) и минимального (наихудшего – экстремального ) значения оценочных показателей. Значения текущих оценочных показателей должны лежать в диапазоне .

4. Оценка качества и анализ результатов производится на заключительном этапе по следующей схеме: 1) определяются относительные значения всех элементарных свойств по формуле ; 2) вычисляется интегральная оценка (интегральное качество) как . Объект сравнения у которого интегральный показатель больше считается лучшим. Автор работы [25] указывает что по результатам расчета можно получить много количественной информации: во-первых можно установить какая машина лучше и насколько; во-вторых можно определить показатели по которым одна машина превосходит другую; в-третьих насколько каждая машина уступает идеальной по техническому уровню машине у которой общей показатель оценки абсолютно идеален.

Как замечает сам автор [25]: «…достоверность результатов расчетов квалиметрическим методом зависит во многом от компетентности лиц решающих задачу насколько глубоко и широко они знают теоретически и практически предмет относящийся к решаемой задаче».


Методика выбора ПЛК


Учитывая специфику устройств критерии оценки можно разделить на три группы изображенные на дереве характеристик ПЛК (рис. 6.2):



Рис. 6.2. Дерево характеристик ПЛК

  • технические характеристики;

  • эксплуатационные характеристики;

  • потребительские свойства.

При этом критериями выбора считать потребительские свойства т.е. соотношение показателей затраты/производительность/надежность а технические и эксплуатационные характеристики ограничениями для процедуры выбора.

Кроме того необходимо разделить характеристики на прямые (для которых положительным результатом является её увеличение) и обратные (для которых положительным результатом является её уменьшение).

Так как характеристики между собой конфликтны т.е. улучшение одной характеристики почти всегда приводит к ухудшению другой необходимо для каждой характеристики определить весовой коэффициент учитывающий степень влияния данной характеристики на полезность устройства.

Терминология и состав критериев оценки ПЛК приведены в соответствии с основными положениями квалиметрии и стандартами качества (ГОСТ 15467-79).

Выбор аппаратуры производится в четыре этапа:

  • определение соответствия технических характеристик предъявленным требованиям;

  • определение соответствия эксплуатационных характеристик предъявленным требованиям;

  • оценка потребительских свойств выбираемой аппаратуры;

  • ранжирование изделий.

На первом этапе каждая техническая характеристика анализируемого изделия сравнивается с предъявленными к проектируемой системе требованиями и если данная характеристика не удовлетворяет этим требованиям изделие снимается с рассмотрения.

Такой же анализ проводится на втором этапе с эксплуатационными характеристиками и только если технические и эксплуатационные характеристики соответствуют поставленной задаче и предъявленным требованиям проводится оценка потребительских свойств ПЛК.

Для этого используется аддитивный метод оценки когда суммарная оценка каждой группы свойств (затраты/производительность/надежность) вычисляется по следующей формуле:



где - нормированные прямые и обратные характеристики выбираемого изделия (переход к относительным характеристикам);

- весовые коэффициенты характеристик;

l n-l количество прямых и обратных характеристик.

Для прямой характеристики - наилучшие - наихудшие значения оценочных характеристик. Для обратных характеристик наоборот. Значения текущих оценочных характеристик должны лежать в диапазоне .

Определение весовых коэффициентов для характеристик ПЛК является одной из самых ответственных задач т.к. именно от их правильной величины зависит достоверность результатов анализа. Для нахождения усредненной оценки каждого коэффициента может быть рекомендована следующая методика экспертных оценок.

Составляется сводная анкета эксперты-коэффициенты (рис. 6.3) в которой проставляются полученные от каждого эксперта ненормированные коэффициенты весомости по шкале от 0 до 10.



Рис. 6.3. Сводная анкета эксперты-коэффициенты


Определяются среднеарифметические значения ненормированных коэффициентов для каждой группы характеристик:

при

Определяются значения нормированных весовых коэффициентов по группам характеристик характеристик ПЛК:


Проверяем правильность расчетов согласно которой сумма всех коэффициентов весомости в группе должна быть равна единице .

В результате анализа потребительских свойств аппаратуры составляется таблица изделия-потребительские свойства которая содержит исходные данные для выбора ПЛК.

Ранжирование изделий т.е. расположение их в порядке возрастания (или убывания) соотношения показателей затраты/производительность/надежность целесообразно проводить по формуле:


Приложение 3


Отказоустойчивое управления (системы ПАЗ) – TRICON (TRICONEX)


Отказоустойчивая система управления выявляет и компенсирует неисправные элементы и позволяет ремонтировать систему во время выполнения заданной задачи без прерывания процесса.

Системы управления высокой надежности такие как TRICON используются в технологических процессах с критическими условиями которые предъявляют жесткие требования к безопасности и готовности.


TRICON - это современная отказоустойчивая система управления основанная на архитектуре с тройным модульным резервированием (TMR). TMR использует три изолированные параллельные системы управления и диагностику объединенные в единую систему. Система использующая принцип мажоритарной выборки "два – из – трех" обеспечивает высокую надежность безошибочность и безостановочное функционирование и не имеет ни одного слабого звена.

Сигналы сенсоров во входном модуле разделяются и направляются по трем независимым и изолированным каналам к одному из трех главных процессоров.

Межпроцессорная шина TRIBUS выполняет мажоритарную выборку данных и корректирует любые расхождения входных сигналов. В результате этого гарантируется что каждый главный процессор использует одни и те же

выбранные данные для выполнения прикладной программы.

Выходные параметры затем направляются по трем различным каналам к выходным модулям где вновь проводится мажоритарная выборка для обеспечения надежности. Цифровая мажоритарная выборка выходного сигнала осуществляется с помощью запатентованной схемы учетверенной выборки выборка аналогового сигнала осуществляется с помощью аналогового выходного селектора. Схема с обратными связями обеспечивает конечную оценку состояния выходного сигнала и диагностику скрытых ошибок.

Установка и запуск системы TRICON облегчается тем что тройная система резервирования TMR с точки зрения пользователя действует как одна система управления. Пользователь устанавливает и подсоединяет датчики и исполнительные механизмы к единой терминальной точке цепи и программирует TRICON с помощью одной прикладной программы.

Диагностика каждого независимого канала каждого модульного компонента и каждой функциональной цепи позволяет обнаруживать ошибки

функционирования и сообщать о них. Все данные диагностики хранятся в качестве системных переменных сообщения выводятся на соответствующие светодиодные индикаторы (LED) или на контакты тревожной сигнализации. Эта информация может быть использована в прикладной программе для изменения действий по управлению процессом или при техническом обслуживании. Все неисправные компоненты могут быть заменены в оперативном режиме без прерывания процесса! Эти особенности TRICON обеспечивают высочайшую надежность данной системы.

Основные особенности системы TRICON:

отсутствие слабых звеньев в системе;

  1. возможность функционирования с тремя двумя или одним главными процессорами перед отключением;

  2. тройная система резервирования;

  3. всеобъемлющая система диагностики модулей;

  4. простой ремонт модулей в процессе работы.

Системы TRICON применяются в системах противоаварийной защиты (ESD) опасных производств на нефтехимических и химических заводах; в системах противопожарной безопасности плавучих платформ котлов во многих обрабатывающих и перерабатывающих процессах; в управлении газовыми и паровыми турбинами.

Высокий уровень безопасности TRICON обеспечиваемый применением специализированной архитектуры и средств внутренней диагностики соответствует третьему уровню безопасного допуска SIL (Safety Integrity Level) определенному международным стандартом IEC 61508. Для уровня SIL 3 стандарта IEC 61508 определены:

  1. вероятность возникновения ошибки - от 1.000 до 10.000 лет;

  2. готовность - 99.90 - 99.99%.

Также система TRICON сертифицирована Ассоциацией Технического Надзора (Германия) (TUV) для использования в производствах требующих “German Safety Requirement Class 5 and 6”.


Приложение 4


Полевая шина - Fieldbus


Современная микроэлектроника предлагает разработчикам технических информационных систем возможность добиться высоких характеристик при относительно низкой цене позволяет реализовать функции автоматики вне блока центрального процессора например в станках агрегатах датчиках и исполнительных механизмах [19].

Такое смещение функциональности в сторону периферийного технологического оборудования (децентрализация) выявило потребность в новых видах коммуникаций. Прежде передача и обработка сигналов осуществлялась за счет простого включения в автоматизируемый процесс некоторого вычислителя однако сегодня интеллектуальные компоненты автоматизируемого процесса требуют специально разработанных видов связей действующих в рамках их собственной функциональности. Появление цифрового интерфейса сделало переход к локальной сети почти неминуемым. Этот вид сети функционирующей на нижнем уровне системы автоматизации непосредственно рядом с технологическим процессом получил название fieldbus (полевая шина или промышленная сеть).

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7