2. Техническое задание

2.1 Наименование и область применения

Разрабатываемое устройство называется: автоматическая система управления асинхронным двигателем.
Область применения разрабатываемого устройства не ограничивается горнодобывающей промышленностью и может использоваться на любых предприятиях для управления машинами с асинхронным приводом.

2.2 Основание для проведения разработки

Проектируемая АСУ предназначена для управления асинхронным двигателем и осуществляет регулирование и измерение его основных параметров.
Автоматизированная система управления асинхронным двигателем может применяться для замены уже установленных систем управления устаревших образцов. При этом требуются минимальные капитальные затраты, но достигается значительное улучшение работы объекта управления.

2.3 Цель и назначение разработки

Целью создания АСУ является повышение технико-экономических показателей работы асинхронного двигателя. При этом эффективность управления достигается за счет применения современных методов управления технологическими процессами, а также использования новейших технических средств автоматизации.

2.4 Требования к системе

Распределение функций АСУ должно быть выполнено с целью достижения высокой устойчивости системы к отказам ее структурных компонентов и сочетаться с централизацией функций принятия решений по управлению технологическим процессом.
В целях повышения надежности функционирования АСУ должно быть предусмотрено резервирование ее структурных компонентов.
АСУ должна быть реализована в виде структуры, состоящей из определенного количества функциональных подсистем и отражающей принципы декомпозиции АСУ как по технологическому признаку, так и в соответствии с иерархией реализуемых задач управления.

2.4.1 Требования к комплексу решаемых задач

Для реализации поставленных задач система должна обеспечивать:

• пуск и останов двигателя;
• изменение частоты вращения вала двигателя;
• регистрацию (вывод на экран и печать) основных параметров двигателя (информация должна представляться на экране оператору в удобной для чтения форме: в виде таблиц и графиков);
• экстренный останов двигателя в случае поступления аварийного сигнала от датчиков (при отклонении параметров от допустимых технологических пределов);
• резервирование измерительных каналов.

2.4.2 Нижний уровень

Нижний уровень должен решать задачи сбора информации с датчиков технологических параметров, контроль исправности датчиков и линий связи, контроль параметров и сигнализация об отклонениях их за допустимые технологические пределы, а также передает их в АСУ верхнего уровня.

2.4.3 Верхний уровень

Верхний уровень АСУ выполняет функции диалогового взаимодействия с оператором, включающие в себя отображение, накопление и анализ данных по измеренным параметрам двигателя, рассчитанным значениям параметров двигателя.

2.4.4 Требования к надежности

В качестве комплексного показателя надежности  (учитывающего безотказность и ремонтопригодность) согласно ГОСТ 24.701-86 должен использоваться коэффициент готовности, определяющий вероятность работоспособности системы в любой произвольно выбранный момент времени в соответствии с режимом работы объекта управления.

Коэффициент готовности для системы в целом должен составить :
для автоматического режима (с учетом надежности датчиков)  - Кг=0,995;
для автоматического режима (без учета надежности датчиков) - Кг=0,998;
для режима ручного (дистанционного) управления - Кг=0,998.

2.4.5 Требования к безопасности

При проектировании АСУТП должны быть предусмотрены меры по обеспечению безопасности при монтаже, эксплуатации, обслуживанию и ремонту технических средств в соответствии с действующими нормативными документами :
"Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий" СН 245-71, утвержденные Госстроем СССР 05.02.71г.;
"Правила устройства электроустановок" ПУЭ-76;
"Пожарная автоматика зданий и сооружений" СНиП 2.04.09-84г.;
"Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Оборудование производственное. Общие требования безопасности" ГОСТ 12.2.003-74;
"ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности", ГОСТ 12.4.026-76;
Уровень освещенности рабочих мест персонала АСУ должен соответствовать характеру и условиям труда. Должны быть предусмотрены защита от слепящего действия света и устранение бликов.
Для помещения микропроцессорной техники должна быть разработана система автоматического пожаротушения. Все помещения, в которых размещаются средства АСУ, должны быть оборудованы автоматической пожарной сигнализацией.
Требования к безопасности электрических изделий, используемых в АСУ, должны соответствовать
ГОСТ 12.2.007.0-75.
Требования к безопасности средств вычислительной техники, используемой в АСУ, должны соответствовать ГОСТ 25861-83.
Все внешние элементы технических средств АСУ, находящиеся под напряжением, должны иметь защиту от случайного прикосновения.
Все технические средства должны иметь защитное заземление.

2.4.6 Требования к эргономике и технической эстетике

Отделка помещений микропроцессорной техники и центрального поста управления (ЦПУ) должна быть выполнена в светлых тонах.
Рабочее место технологического персонала центрального поста управления должно соответствовать требованиям ГОСТ 22269-76 и ГОСТ 21958-76.
Конструкция рабочих мест должна обеспечить быстроту, простоту экономичность технического обслуживания и ремонта в нормальных и аварийных условиях.
Все щиты и пульты, расположенные в ЦПУ, должны быть совмещенными (с размещением средств управления по проектам электрооборудования и АСУТП) и разработаны головным исполнителем.
Конструкция и расположение щитов, пультов в ЦПУ должны обеспечить обозримость и простоту обслуживания.
Форма представления информации на видеокадрах должна обеспечивать наглядность, достоверность и однозначное понимание представляемой информации. Должны быть приняты меры для снижения зрительной нагрузки на оператора. Видеокадры должны быть разработаны с учетом психофизиологических особенностей восприятия человека.

2.4.7 Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению компонентов системы

В зависимости от функционального назначения технических средств, а также для рациональной компоновки и удобства обслуживания, технические средства должны располагаться в следующих помещениях :

• центральном посту управления;
• помещении микропроцессорной техники.

Площадь помещений должна соответствовать требованиям предприятий-изготовителей по размещению и обслуживанию технических средств и санитарных норм СН245-71.
В помещениях должны быть обеспечены санитарно-гигиенические условия эксплуатации комплекса технических средств ( КТС ) в соответствии со СННП 2.04.05-86, СН 245-71, СН 512-78.
В помещениях микропроцессорной техники и ЦПУ должно быть предусмотрено кондиционирование воздуха.
При проектировании электроснабжения и систем искусственного освещения помещений для размещения технических средств необходимо выполнять требования "Правил устройств электроустановок" (ПУЭ), СНИП П-4-79, а также требования глав СНИП по электрическим устройствам.
При определении предельно допустимых концентраций агрессивных примесей в помещении, предельно допустимой амплитуды и частоты вибрации, воздействующей на средства АСУТП, необходимо руководствоваться СН 245-71.
Все вышеперечисленные требования, а также требования к площадям для размещения средств АСУ, прорабатываются на стадии технического проекта и выдаются в задании на проектирование помещений.
Расположение кабельных трасс должно исключать воздействие высокой температуры, масла, воды, а также быть удобным для монтажа и демонтажа.
Должны быть обеспечены условия хранения технических средств АСУ для микроклиматического района с умеренным климатом. Срок пребывания изделия в соответствующих условиях устанавливается техническими условиями хранения изделий.
В помещениях для хранения средств вычислительной техники (СВТ) не должно быть агрессивных примесей (паров, кислот, щелочей), вызывающих коррозию.
СВТ хранят в упаковке в складских помещениях при температуре воздуха 5?35°С и относительной влажности не более 85%. Допускается хранение в более жестких условиях, если проведена консервация СВТ в соответствии с требованиями ГОСТ 9.014-78 способом, обеспечивающим сохранность СВТ при средних условиях хранения в течение 9 месяцев.
Для сокращения общего времени обслуживания комплекса технических средств должно быть организовано параллельное обслуживание устройств этого комплекса в соответствии с инструкциями по эксплуатации на эти изделия.
Состав ЗИП должен быть определен в процессе проектирования и включен в спецификацию оборудования.

2.4.8 Требования к защите информации от несанкционированного доступа

Должна быть обеспечена программная и аппаратная защита от неквалифицированных действий пользователя и от попыток несанкционированного доступа пользователей к внутрисистемной информации.
В зависимости от статуса пользователя должны быть предусмотрены различные уровни доступа к внутрисистемной информации.

2.4.9 Требования по сохранности информации при авариях

Требования по сохранности информации в системе обеспечиваются выбором технических средств, содержащих аппаратные и программные средства защиты информации, а также соответствующими организационными решениями.
Для обеспечения сохранности информации при авариях в системе электропитания, а также при кратковременных скачках напряжения питающей сети, необходимо осуществлять питание СВТ от отдельных трансформаторов силовой подстанции по двум независимым стабилизированным вводам.

2.4.10 Требования к защите от влияния внешних воздействий

Для защиты КТС АСУ от влияния внешних воздействий необходимо выполнить следующие мероприятия:

• устройства, расположенные возле источников радиопомех, должны быть экранированы ;
• для защиты линий связи аналоговых, цифро-импульсных, кодированных сигналов и линий межмашинной связи от наводок, вызванных внешним переменным или импульсным электрическим полем, необходимо поместить линию в экранирующую оплетку, заземленную в одной точке ;
• при выборе уровня напряжения дискретных сигналов следует руководствоваться РТМ 25.212-85 ;
• укладка в один жгут цепей электропитания, слаботочных цепей и цепей передачи информации не допускается ;
• в необходимых случаях следует предусмотреть экранирование помещений, в которых будут расположены технические средства АСУ ;
• напряженность внешнего магнитного поля в местах размещения СВТ не должна превышать 400 А/м ;
• СВТ должны иметь отдельные контуры защитного заземления, организованные в соответствии с "Правилами устройства электроустановок" и техническими условиями эксплуатации технических средств. Заземление должно быть автономным. Подключение к нему силового оборудования и электроприемников другого назначения не допускается ;
• в помещении микропроцессорной техники должна быть предусмотрена отдельная (автономная) магистраль схемного зануления. Магистраль выполнить в соответствии с "Правилами устройства электроустановок" и техническими условиями на эти средства.

При проектировании помещений, в которых размещаются технические средства АСУ, необходимо принять меры, уменьшающие механические воздействия от работы оборудования прокатного цеха. Вибрация в этих помещениях не должна превышать по частоте 25 Гц, а по амплитуде - 0,1 мм.

2.5 Требования к видам обеспечения

2.5.1 Требования к математическому обеспечению

Состав математического обеспечения системы должен обеспечивать выполнение функций всех ее компонентов (систем), реализуемых с помощью программируемых технических средств.
Математическое обеспечение системы содержит следующие компоненты :

• общесистемные алгоритмы, обеспечивающие функционирование системы в целом ;
• алгоритмы сбора и обработки информации ;
• алгоритмы реализации отдельных задач ;

Для реализации однотипных задач необходимо использовать однотипные алгоритмы.
Алгоритмы должны быть работоспособны при любых значениях входной и обрабатываемой информации.

2.5.2 Требования к информационному обеспечению

База данных АСУ должна быть распределена в соответствии с принципами декомпозиции комплекса технических средств и адекватна иерархической структуре АСУ с распределенными функциями обработки информации.
Информационный обмен между компонентами АСУ должен обеспечивать целостность распределенной базы данных системы.
Информационный обмен между системами АСУТП в зависимости от уровня иерархии и распределения их по техническим средствам должен осуществляться путем:

• передачи унифицированных сигналов ;
• передачи межсистемных сообщений и запросов ;
• использования общих информационных баз.

Для обеспечения сохранности информации при сбоях или авариях в системе электропитания технических средств АСУТП должны быть предусмотрены следующие меры :

• дублирование входного потока сигналов и сообщений;
• формирование дублирующих баз данных на магнитных носителях;
• применение энергонезависимых оперативных запоминающих устройств;
• квитирование межсистемных сообщений.

Должен быть предусмотрен контроль входной информации каждой системы на достоверность, в т. ч. контроль достоверности информации, вводимой оператором вручную.
Должна быть предусмотрена возможность восстановления базы данных АСУ с использованием дублирующей базы данных и архивной информации.

2.5.3 Требования к лингвистическому обеспечению

Требования к применению языков программирования, языков взаимодействия пользователей и технических средств системы, а также требования к кодированию и декодированию данных, средствам манипулирования данными и способам организации диалога определяются применяемым для реализации АСУТП комплексом технических средств.
Человеко-машинное взаимодействие при вводе-выводе информации должно осуществляться в интерактивном режиме с помощью клавиатуры и дисплея для подсистем верхнего и среднего уровней АСУ. Для подсистем нижнего уровня АСУ ввод исходных данных может осуществляться с помощью задатчиков и сервисных устройств комплекса технических средств.
Должны быть обеспечены единство и однозначность кодирования информации различных уровней системы.
В целях защиты информации от несанкционированного доступа должна быть предусмотрена система паролей с различными уровнями доступа для различных категорий пользователей с разной мерой ответственности.

2.5.4 Требования к программному обеспечению

Программное обеспечение АСУТП должно быть достаточным для реализации всех функций системы.
Требования к независимости программных средств от используемых средств вычислительной техники и операционной системы не предъявляются.
Базовое и тестовое программное обеспечение должны поставляться в составе комплекса технических средств.
Прикладное программное обеспечение подсистем нижнего уровня может быть создано путем конфигурирования стандартных программных модулей с использованием инструментального комплекса техническим средств. При необходимости должны быть разработаны дополнительные программные модули и средства.
Требования к необходимости согласования вновь разрабатываемых программных средств с фондом алгоритмов и программ не предъявляются.

2.5.5 Требования к техническому обеспечению

В качестве средств вычислительной техники должны быть применены персональные ЭВМ (ПЭВМ) на верхнем уровне АСУ и микропроцессорный комплекс технических средств на нижнем уровне системы. Техническое обеспечение АСУТП должно быть построено по иерархическому принципу и обеспечивать выполнение функций, описанных в техническом задании данного дипломного проекта.
Комплекс технических средств АСУТП должен обеспечивать бесперебойное функционирование системы.
Для получения первичной входной информации должны быть использованы датчики, измерительные и нормирующие преобразователи с унифицированными характеристиками.
Комплекс технических средств АСУТП должен отвечать следующим критериям :

• обеспечение минимального времени на обслуживание ;
• наглядность и простота пользования средствами отображения, сигнализации и дистанционного управления ;
• высокая автоматизация процессов запуска, останова и сервисного обслуживания ;
• удобство пользования справочными, архивными и сервисными данными.