Методические основы автоматизированного моделирования и расчета надежности и безопасности автоматизированных систем управления технологическими процессами

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

1. Характеристика проблемы моделирования надежности и безопасности АСУТП

Надежность современных автоматизированных систем управления технологическими процессами является важной составляющей их качества и необходимым условием обеспечения безопасности объектов нефтепереработки. Научно обоснованный анализ надежности и безопасности АСУТП предусмотрен требованиями государственных и международных стандартов [1-3]. Готовность организаций и предприятий, разрабатывающих и эксплуатирующих АСУТП, выполнять научно обоснованный анализ их надежности и безопасности является обязательным условием государственной и международной сертификации. Такой анализ необходим практически на всех этапах жизненного цикла АСУТП и, прежде всего, на стадиях проектирования, внедрения и промышленной эксплуатации. Главной конечной целью анализа является своевременное получение достоверной информации, необходимой для выработки и реализации обоснованных решений в области обеспечения надежности АСУТП и безопасности предприятий нефтепереработки.

В основе научного анализа надежности и безопасности современных сложных и высокоразмерных АСУТП лежат математические модели и компьютерные технологии. С их помощью должны осуществляться расчеты значений необходимых показателей, решаться задачи оптимизации, синтеза, выработки и обоснования управленческих решений. От обеспечения возможности достаточно точно и оперативно решать указанные задачи непосредственно зависит экономичность, ресурсосбережение и конкурентоспособность современного производства.

Как объект анализа, АСУТП современных предприятий нефтепереработки можно охарактеризовать рядом особенностей, которые необходимо учитывать в математических моделях их надежности и безопасности [4, 5]:

1.  Современные АСУТП как правило состоят из большого числа элементов (до нескольких сотен и даже тысяч);

2.  Структуры современных АСУТП характеризуются высокой сложностью;

3.  На различных этапах жизненного цикла структуры АСУТП могут существенно изменяться;

4.  Элементы АСУТП характеризуются большим разнообразием типов (механические, электронные, эргатические, программные, обработки сигналов, обработки информации, датчики, исполнительные устройства, переключатели и т.д.) [2];

5.  Существенно неоднородными могут быть функциональные связи элементов и подсистем в АСУТП (механические, электрические, информационные, организационные и др.);

6.  В АСУТП часто применяются многофункциональные элементы;

7.  Возможно наличие элементов АСУТП с более чем двумя состояниями ;

8.  Могут иметь место стохастические зависимости параметров надежности элементов;

9.  Современные АСУТП, как правило, являются многофункциональными, что приводит к необходимости строить модели и анализировать их надежность и безопасность по каждой функции отдельно и по различным их комбинациям [2];

10. В АСУТП нефтехимической промышленности отказы элементов могут приводить к возникновению различных аварийных ситуаций. Поэтому надежности и безопасности АСУТП (в указанном смысле) необходимо анализировать одновременно [2];

11. Надежность и безопасности АСУТП может существенно зависеть от наличия и реализации различных видов обеспечения - энергетического, информационного, технического обслуживания, ремонта и др.;

12. Современные АСУТП могут являться как системами I-го типа (имеют два вида состояний - полной работоспособности или полного отказа), так и системами II-го типа (имеют более двух видов состояний работоспособности, отказа и риска функционирования) [1];

13. АСУТП в процессе эксплуатации могут иметь разные режимы технического обслуживания. Поэтому в процессе анализа их необходимо рассматривать и как невосстанавливаемые и как восстанавливаемые системные объекты;

14. Основным способом обеспечения надежности и безопасности современных АСУТП является введение структурной и функциональной избыточности;

15. Цели, задачи, показатели и методики анализа надежности могут существенно различаться в зависимости от режима, условий работы, этапа жизненного цикла АСУТП (исследование, проектирование, эксплуатация, модернизация) и конкретной области применения (типа, вида, класса АСУТП, предприятия, организации).

Указанные особенности приводят к тому, что моделирование и расчет надежности и безопасности современных АСУТП становится сложной и во многом еще не разрешенной научной, технологической и методической проблемой. До настоящего времени в организациях и на предприятиях промышленности моделирование и расчет надежности и безопасности АСУТП не производится ни на стадиях проектирования, ни в процессе эксплуатации.

Настоящая статья посвящена анализу, в основном, методических вопросов выбора технологии, постановки задач, моделирования и расчета показателей надежности и безопасности АСУТП