УПРАВЛЯЮЩИЙ АВТОМАТ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к области автоматизации, в частности к средствам противоаварийной защиты и автоматики, и может быть использована в аппаратуре автоматизации при построении систем безопасности промышленных объектов.
Известна система аварийной защиты Siemens, включающая датчики, контролирующие технологические параметры управляемого объекта, связанные с контроллером, который обеспечивает выполнение функций безопасности и состоит из: входных модулей, обеспечивающих согласование и преобразование электрических сигналов от датчиков в цифровой интерфейсный код, соответствующий сигналу датчика (http://www.ste.ru/siemens/pdf/rus/09_S7-Safety_r.pdf).
Недостатками известной системы являются:
последовательное выполнение всех функций безопасности в одном процессоре, в общей области памяти;
аппаратная зависимость функций безопасности друг от друга.
невозможность проверки функции безопасности на ложное срабатывание функции безопасности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является система противоаварийной защиты, содержащая датчики состояния контролируемого объекта и исполнительные механизмы, подключенные к многоканальным модулям ввода и модулям вывода, модули ввода, обслуживающие датчики по функции ввода, и модули вывода, исполнительные механизмы по функции вывода, , а также процессорные модули, интерфейсы ввода- вывода программируемого логического контроллера PLC, устройства оповещения о состоянии защиты, которые предоставляют информацию о начале чрезвычайной ситуации и времени выхода из нее (Ландрини Г. Интегральные уровни безопасности в соответствии со стандартами МЭК 61508 и 61511 и анализ их связи с техническим обслуживанием. Современные технологии автоматизации 1/2009. М.: СТА ПРЕСС. 2009).
Недостатком известной системы является то, что система предназначена для группового использования функций безопасности и ни одна функция безопасности в системе не может быть реализована локально, а только совместно с другими функциями безопасности в общей программной области центрального процессора PLC. Отказ одного модуля приводит к отказу всей системы противопожарной защиты (ПАЗ). Также присутствуют неиспользуемые каналы ввода/вывода. Все это снижает надежность системы в эксплуатации.
Также недостатком устройства является то, что любые изменения в одной из функций безопасности должны быть повторно подтверждены, а все данные и результаты повторно проверены. Модули ввода и вывода также основаны на многоканальном принципе, поэтому при использовании в небольшой системе ПАЗ, где, например, используется один аналоговый выход, пользователь вынужден применять 16-ти канальный модуль. Это создает многократную избыточность, что увеличивает вероятность неопасных отказов, ложных срабатываний защиты и снижает общую надежность системы.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение функциональной безопасности и надежности системы ПАЗ путем создания управляющего автомата противоаварийной защиты (ПАЗ).
Техническая задача решается тем, что в управляющем автомате противоаварийной защиты, содержится датчик состояния контролируемого объекта. Данный датчик соединяется с системой ввода-вывода, соединенной с процессором, и управляющим устройством защиты, соединенным с системой ввода-вывода.
Согласно предлагаемой полезной модели, система ввода-вывода выполнена в виде цифрового модуля ввода-вывода, реализующего функцию управления по крайней мере одним параметром контролируемого объекта и включающего микроконтроллер.
Управляющий автомат противоаварийной защиты дополнительно оснащен датчиком состояния контролируемого объекта, по крайней мере одним резервированным цифровым модулем ввода-вывода, реализующим функцию контроля по крайней мере одного параметра состояния контролируемого объекта. Выход резервированного цифрового модуля ввода/вывода подключен к приводу защиты, выход дополнительного датчика состояния контролируемого объекта подключен к входу цифрового модуля ввода/вывода, интерфейсные выходы которого подключены к процессору через резервированные каналы связи.
Технический результат, который достигается при реализации заявленной совокупности существенных признаков, заключается в повышении надежности системы ПАЗ.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1- управляющий автомат противоаварийной защиты;
на фиг.2 - аппаратная реализация универсального интеллектуального модуля ввода-вывода;
на фиг.3 - функциональная схема интеллектуального модуля.
Управляющий автомат противоаварийной защиты (фиг.1) содержит один датчик 1 состояния контролируемого объекта, подключенный к дублированной системе ввода-вывода 2, соединенной с резервированными процессорами коммуникаций защит 7 и 8, и соединенное с дублированной системой ввода-вывода по меньшей мере одно исполнительное устройство защиты 6, и дополнительно включает, один дополнительный датчик 10 состояния контролируемого объекта, одну дополнительную дублированную систему ввода-вывода, выполненную в виде двух универсальных интеллектуальных модулей 12 и  15 ввода- вывода, реализующих одну функцию безопасности датчиков 11, 14 состояния контролируемого параметра, и одно дополнительное исполнительное устройство защиты 13. Выходы дополнительных датчиков 10, 14 состояния контролируемого объекта соединены с входами как основного 16, так и дублирующего 17, которые посредством каналов связи соединены с процессорами коммуникаций защит 7, 8.
В качестве датчиков 1, 10, 11, 14 параметра состояния контролируемого объекта могут быть использованы датчики давления, температуры, расхода, вибрации, перемещения, скорости и т.д.). В качестве исполнительных устройств защиты 6, 13 могут быть использованы, например, клапан, задвижка, двигатель и т.п. Управляющий автомат противоаварийной защиты дополнительно включает один дублирующий универсальный интеллектуальный модуль 9 ввода-вывода.
Система ввода-вывода выполнена в виде универсального интеллектуального модуля ввода-вывода (УИМВВ), реализующего одну функцию безопасности, например, защиту от превышения предельного давления в резервуаре; защиту от самопроизвольного взрыва продукта переработки при достижении давления, температуры и концентрации критических значений; защиту механизмов вращения от катастрофического разрушения при превышении параметров вибрации и осевых смещений; и т.д.
Датчик 1 состояния контролируемого объекта подключен параллельно к основному и дублирующему универсальным интеллектуальным модулям ввода-вывода (УИМВВ) 2 и 9 соответственно, которые соединены с исполнительным устройством 6 защиты объекта.
Основной универсальный интеллектуальный модуль 2 ввода-вывода и дублирующий универсальный интеллектуальный модуль 9 ввода-вывода соединены через последовательный дублированный интерфейс с основным и резервным процессорами 7 и 8 коммуникаций защит.
Процессоры 7 и 8 выполняют функцию коммуникационного процессора защит и не влияют на выполнение функции безопасности.
Универсальный интеллектуальный модуль ввода-вывода (УИМВВ) предназначен для приема сигналов с датчика 1 контроля контролируемого параметра состояния объекта защиты (например, давления, температуры, положения и т.п.) и передачи управляющих сигналов на исполнительное устройство 6 защиты (например, клапан, задвижка, двигатель и т.п.).
Универсальный интеллектуальный модуль 2 ввода-вывода (УИМВВ) включает микроконтроллер 3, по меньшей мере, один модуль 4 (UNIT1) ввода сигнала с датчика 1 состояния контролируемого объекта на микроконтроллер 3 и, по меньшей мере, один модуль 5 (UNIT2) вывода сигнала с микроконтроллера 3 на исполнительное устройство 6 защиты.
Каждый из модулей (UNIT1, 2… n) устанавливается в универсальный разъем в модуле УИМВВ. Каждый модуль представляет собой законченную конструктивную и схемную реализацию канала ввода или вывода (фиг.2, 3).
Модуль 4 ввода выполняет функцию ввода сигнала с информацией об одном параметре контроля, например с датчика температуры, либо с датчика давления, либо с датчика положения и т.п. Модуль 5 вывода выполняет функцию вывода сигнала на исполнительное устройство защиты, например клапан, или задвижку, или двигатель и т.д.
Заявляемый управляющий автомат противоаварийной защиты работает следующим образом. Сигнал с датчика (или группы датчиков) контроля параметра состояния контролируемого объекта, например, датчика температуры (давления, загазованности и др.), по каналу связи поступает на входы специализированных модулей основного и дублирующего универсального интеллектуального модулей ввода-ввода, преобразуется в цифровой формат и в цифровом виде передается на вход микропроцессора, интеллектуального модуля 2 ввода-вывода. В памяти микропроцессора циклически принимается управляющее решение о необходимости включения исполнительного устройства защиты.
Сигнал включения защиты в цифровом виде поступает на модуль вывода и инициирует устройство защиты. Включение исполнительного устройства защиты инициирует тот УИМВВ, который первым обнаружит выполнение условий срабатывания функции безопасности, второй (это может быть как основной, так и дублирующий) УИМВВ с задержкой максимум на время цикла выполнения функции безопасности также выдает сигнал на исполнительное устройство. Исполнительное устройство защиты, подключенное параллельно к основному 16 и дублирующему 17 УИМВВ, приводится в активное положение и переводит технологический процесс в безопасное состояние.
Алгоритм выполнения функции безопасности составляется индивидуально для каждой функции на основании технических регламентов работы объекта.
Универсальный интеллектуальный модуль ввода-вывода (фиг. 2) реализует функции контроля одного параметра состояния контролируемого объекта путем считывания значения показания датчика или значений показаний группы датчиков состояния контролируемого объекта, реализующих функцию контроля одного параметра состояния контролируемого объекта, определяющих входные переменные для функции безопасности.
Функциональная схема интеллектуального модуля (фиг. 3) реализует одну функцию безопасности путем непрерывного циклического выполнения данной функции.
Таким образом, созданный управляющий автомат противоаварийной защиты удовлетворяет требованиям стандартов безопасности как для малоканальных, так и для многоканальных систем ПАЗ.
Данное техническое решение может найти применение при выполнении построения систем безопасности промышленных объектов.