Автоматизация процесса разработки документации технического обеспечения АСУ ТП

Работа направлена на сокращение времени и повышение качества разработки документации технического обеспечения на автоматизированные системы управления технологическим процессом. Результатом работы стала разработанная узкоспециализированная система автоматизированного проектирования документации АСУ ТП. В процессе работы был разработан программный модуль, который позволяет формировать функциональные схемы автоматизации и схемы соединения внешних проводок в среде nanoCAD в автоматизированном режиме на основе специализированных шаблонов. Реализован программный интерфейс для внесения исходных данных. Решена оптимизационная задача по поиску оптимального варианта построения “подвала” схемы автоматизации.

Термины и определения …………………………………………………………………………… 15
Обозначения и сокращения ………………………………………………………………………. 17
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 18
1 Обзор источников литературы и постановка проблемы ………………………….. 19
1.1 Проблематика ……………………………………………………………………………….. 19
1.2 Описание работы инженера-проектировщика систем автоматизации
нулевого уровня ……………………………………………………………………………………. 19
1.3 Отличительные особенности проектирования АСУ ТП …………………. 20
1.4 Обзор существующих решений …………………………………………………….. 21
1.4.1 Сравнительный анализ САПР ………………………………………………….. 21
1.4.2 Сравнительный анализ графических платформ ………………………… 22
2 Система автоматизированного проектирования документации ………………. 23
2.1 Назначение системы ……………………………………………………………………… 23
2.2 Функциональные возможности системы ……………………………………….. 23
2.2.1 Программный модуль по построению схем ……………………………… 23
2.2.2 Пользовательский интерфейс системы …………………………………….. 24
2.3 Условия эксплуатации и надежность системы ……………………………….. 26
2.4 Программные и технические средства функционирования системы . 27
2.5 Событийная цепочка процессов в системе …………………………………….. 28
2.6 Программное обеспечение…………………………………………………………….. 29
2.7 Описание программного интерфейса …………………………………………….. 30
2.7.1 Общая информация …………………………………………………………………. 31
2.7.2 Вкладка «Исходные данные» …………………………………………………… 32
2.7.2.1 Задание таблицы применимости для однотипных объектов… 33
2.7.2.2 Указание сооружения в виде блочного с типовой ЛСУ ………. 34
2.7.3 Заполнение штампа …………………………………………………………………. 34
2.7.4 Вкладка «Объём автоматизации» …………………………………………….. 35
2.7.5 Вкладка «Схемы автоматизации»…………………………………………….. 36
2.7.5.1 Вкладка «Основные параметры»………………………………………… 37
2.7.5.2 Вкладка «Измерение, сигнализация»………………………………….. 38
2.7.5.3 Вкладка «Управление, регулирование, блокировка» …………… 38
2.7.6 Вкладка «Схемы соединения внешних проводок» ……………………. 39
2.7.6.1 Вкладка «Основные параметры»………………………………………… 40
2.7.6.2 Вкладка «Прокладка кабеля»……………………………………………… 47
2.7.6.3 Вкладка «Перечень типов кабелей» ……………………………………. 49
2.7.6.4 Вкладка «Перечень материалов»………………………………………… 49
2.7.6.5 Вкладка «Клеммы исполнительных механизмов» ………………. 50
2.7.7 Библиотека данных …………………………………………………………………. 51
2.7.8 Формирование чертежей …………………………………………………………. 51
2.7.9 Система проверки ввода данных ……………………………………………… 52
2.7.10 Автоматическое формирование обозначений датчиков ……………. 52
2.8 Описание программных модулей ………………………………………………….. 54
2.8.1 Подготовка внутренних данных ………………………………………………. 54
2.8.1.1 Динамические блоки………………………………………………………….. 54
2.8.1.2 Типы линий ……………………………………………………………………….. 54
2.8.1.3 Чертежные шрифт и слой…………………………………………………… 55
2.8.2 Построение схем автоматизации ……………………………………………… 55
2.8.2.1 Постановка задачи оптимизации построения схем ……………… 56
2.8.2.2 Математическая модель задачи размещения ………………………. 58
2.8.2.3 Алгоритмы размещения …………………………………………………….. 60
2.8.2.4 Проектирование соединений параметров дугами ……………….. 64
2.8.2.5 Итоговое размещение элементов ……………………………………….. 65
2.8.3 Построение схем соединения внешних проводок …………………….. 66
3 Исследование эффектов от внедрения системы ……………………………………… 68
3.1 Сокращение времени разработки документации ……………………………. 68
3.2 Повышение качества разрабатываемой документации …………………… 68
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение… 70
4.1 Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ ………….. 70
4.1.1 Потенциальные потребители исследования ……………………………… 70
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………… 71
4.1.3 Диаграмма Исикава …………………………………………………………………. 72
4.1.4 SWOT-анализ ………………………………………………………………………….. 72
4.2 Организация и планирование работ ………………………………………………. 73
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………… 73
4.2.2 Определение продолжительности работ ………………………………….. 74
4.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ……………………….. 76
4.3.1 Материальные затраты ……………………………………………………………. 76
4.3.2 Затраты на электроэнергию……………………………………………………… 77
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей ……………………………….. 78
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей……………………… 79
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды ……………………………………… 80
4.3.6 Амортизационные затраты ………………………………………………………. 81
4.3.7 Накладные расходы…………………………………………………………………. 81
4.3.8 Формирование бюджета затрат………………………………………………… 82
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования .. 82
4.4.1 Расчет интегрального показателя финансовой эффективности …. 82
4.4.2 Расчет интегрального показателя ресурсоэффективности ………… 83
4.4.3 Оценка сравнительной эффективности исследования ………………. 84
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………. 85
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 86
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства …….. 86
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны… 87
5.2 Профессиональная социальная безопасность…………………………………. 88
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть
при эксплуатации объекта исследования …………………………………………….. 88
5.2.2 Обоснование мероприятий по защите персонала предприятия от
действия опасных и вредных факторов ……………………………………………….. 89
5.2.2.1 Микроклимат помещения ………………………………………………….. 89
5.2.2.2 Превышение уровня шума …………………………………………………. 90
5.2.2.3 Отсутствие или недостаток естественного света и
недостаточная освещенность рабочей зоны ……………………………………… 91
5.2.2.4 Поражение электрическим током ………………………………………. 94
5.2.2.5 Повышенный уровень электромагнитных излучений …………. 95
5.2.2.6 Статические перегрузки, связанные с рабочей позой ………….. 95
5.2.2.7 Пожарная безопасность ……………………………………………………… 96
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………. 97
5.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду … 97
5.3.2 Анализ «жизненного цикла» объекта исследования …………………. 98
5.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды……….. 99
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………….. 100
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований ……………………………………………………………………………………. 100
5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем
месте при проведении исследований …………………………………………………. 100
5.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС …………………………………… 101
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 103
Список научных достижений и публикаций ……………………………………………. 104
Список использованных источников ………………………………………………………. 107
Приложение А (справочное) Раздел на английском языке……………………….. 111
Приложение Б (обязательное) Пример сформированного листа общих данных
………………………………………………………………………………………………………………. 125
Приложение В (обязательное) Пример сформированных листов чертежей
схем автоматизации ……………………………………………………………………………….. 127
Приложение Г (обязательное) Примеры сформированных листов чертежей
схем соединения внешних проводок ……………………………………………………….. 130
Приложение Д (обязательное) Матрица SWOT……………………………………….. 136
Приложение Е (обязательное) Диаграмма Ганта ……………………………………… 138

Результатом выполнения магистерской диссертации стала
разработанная система автоматизированного проектирования документации
технического обеспечения АСУ ТП.
В первом разделе был осуществлен обзор источников литературы по
тематике исследования, выделены особенности проектирования АСУ ТП,
проведен сравнительный анализ существующих аналогов САПР, а также
выбрана базовая графическая платформа разрабатываемой системы.
В втором разделе приведены назначение, основные задачи и требования
к системе, описание разработанной программы. Реализован программный
интерфейс для внесения исходных данных. Разработаны программные модули
для автоматического построения функциональных схем автоматизации и схем
соединения внешних проводок. Решена оптимизационная задача по поиску
наилучшего варианта построения элементов ФСА.
В третьем разделе были исследованы эффекты от внедрения системы.
В четвертом разделе приведен календарный план- график работ
выполнения диссертации, рассчитана смета затрат на разработку темы проекта
и оценка эффективности разработанной системы.
В пятом разделе проведен анализ на выявление опасных и вредных
факторов рабочего места, разработаны меры по снижению воздействия этих
факторов на человека. Рассмотрены вопросы по производственной санитарии,
технике безопасности, пожарной безопасности и охране окружающей среды.
Таким образом, предложено решение, позволяющее автоматизировать
труд проектировщика и повысить качество проектных работ.
Список научных достижений и публикаций
Участие в конференциях:
1) диплом в номинации «Оригинальное решение» за доклад на XIV
Региональной научно-технической конференции (РНТК) молодых
специалистов АО “ТомскНИПИнефть”, 2021 г.;
2) диплом I степени за доклад на 58-й Международной научной
студенческой конференции (МНСК), 2020 г.;
3) диплом III степени за доклад на Международной научно-практической
конференции (НПК) «Электронные средства и системы управления», 2019 г.;
4) диплом I степени за доклад на VI Международной научной
конференции «Информационные технологии в науке, управлении, социальной
сфере и медицине», 2019 г.;
5) диплом II степени за доклад на Всероссийской НПК
«Информационно-телекоммуникационные системы и технологии», 2019 г.
Конкурсы НИР, выставки, кейсы, чемпионаты, научные игры, workshop:
1) диплом победителя отборочного этапа студенческой лиги
Международного инженерного чемпионата «CASE-IN» по направлению
«Проектный инжиниринг», 2021 г.;
2) дипломы лауреата конкурсов «Лучший студент ТПУ», 2020-2021 гг.;
3) диплом победителя конкурса ВКР НГТУ, 2019 г.;
4) диплом победителя Всероссийского конкурса «У.М.Н.И.К.», 2019 г.;
5) диплом победителя Всероссийского конкурса проектов в области
мультимедийных информационных технологий, 2019 г.
Премии, звания, стипендии:
1) стипендия Фонда Владимира Потанина 2020/2021;
2) стипендия Президента РФ по ПНР на 2020/2021 уч.;
3) лауреат конкурса на соискание почетного звания «Студент года»,
проводимого правлением РОО «Томское профессорское собрание» и
Департаментом науки и высшего образования Администрации Томской
области, 2020 г.;
4) лауреат премии Томской области в сфере образования, науки,
здравоохранения и культуры, 2020 г.;
5) стипендия Правительства РФ по ПНР, весенний семестр 2020 г.
Публикации:
1) Афанасьев Н. А., Власов А. В. Сравнительный анализ методов
идентификации динамических объектов технологического оборудования в
режиме их эксплуатации по реакции на ступенчатое воздействие // Молодежь
и современные информационные технологии: сборник трудов XVIII
Международной НПК студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 22-26
Марта 2021. – Томск: ТПУ, 2021 (Принято к опубликованию).
2) Афанасьев Н. А. Разработка системы управления станком наплавки
пятников железнодорожных вагонов // Информационные технологии:
материалы 58-й Международной научной студенческой конференции – 2020,
Новосибирск, 10-13 Апреля 2020. – Новосибирск: НГУ, 2020 – C. 63-64.
3) Афанасьев Н. А. Применение автоматной парадигмы к синтезу
программы управления станком наплавки пятников железнодорожных
вагонов // Информационные технологии в науке, управлении, социальной
сфере и медицине: сборник научных трудов VI Международной НК, Томск,
14-19 Октября 2019. – Томск: ТПУ, 2019 – C. 69-73.
4) Афанасьев Н. А., Автоматическое поддержание выбранного тока
сварки за счет регулирования скорости подачи наплавочной проволоки //
Электронные средства и системы управления: материалы докладов XV
Международной НПК: в 2 ч., Томск, 20-22 Ноября 2019. – Томск: В-Спектр,
2019 – Т. 2 – C. 53-57.
5) Афанасьев Н. А. Процедура автокалибровки станка наплавки
пятников железнодорожных вагонов // Информационно-
телекоммуникационные системы и технологии (ИТСиТ-2019): материалы
Всероссийской НПК, Кемерово, 11-13 Октября 2019. – Кемерово: КузГТУ,
2019 – C. 3-6.
Прочее:
1) свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
№ 2021615667 «Программа управления станком наплавки пятников
железнодорожных вагонов»;
2) сертификат о прохождении преакселерационной программы для
молодых ученых-исследователей (г. Уфа);
3) сертификат участника Ежегодного Саммита молодых ученых и
инженеров “Большие вызовы для общества, государства и науки” (26-30 апреля
2021, АНО ВО «Университет «Сириус»);
4) сертификаты участника полуфинала и финала Студенческой лиги
Международного инженерного чемпионата «CASE-IN» по направлению
«Проектный инжиниринг»;
5) сертификат участника очного отбора Стипендиальной программы
Благотворительного фонда Владимира Потанина 2019/2020;
6) свидетельство об участии в конкурсе на соискание звания «Лауреат
Премии Законодательной Думы Томской области» 2019 года;
7) удостоверение о награждении знаком «Будущее Томской области»
(распоряжение Губернатора Томской области от 11.02.2021 №31-р-н).