Основную угрозу возникновения пожаров и других аварий на нефтеперерабатывающем предприятии (НПП) составляет большое количество находящихся там нефтепродуктов. В связи с этим система противопожарной защиты (СППЗ) НПП должна учитывать все имеющиеся потенциальные опасности пожаров и других аварийных ситуаций.

Автоматизация системы противопожарной защиты нефтеперерабатывающего предприятия, обобщенная структура которой приведена на рис. 1, играет ключевую роль в повышении эффективности функционирования всех элементов системы и в результате эффективности защиты людей и материальных ценностей от угрозы пожаров и взрывов.

Рисунок 1 - Обобщенная структура СППЗ объекта

Существует два направления автоматизации системы противопожарной защиты НПП:

• внедрение автоматических средств пожарозащиты, которые функционируют согласно заданным программам без участия оператора;
• внедрение автоматизированных (человеко-машинных) систем, которые решают широких спектр задач с помощью вычислительной техники.

Анализ аварийных ситуаций на нефтеперерабатывающем заводе показал, что за последние 5 лет (2015-2019 гг.) произошло 84 аварии, из них 25 аварий вызвал взрыв на НПП, что составило 30 % от общего количества аварийных случаев, 34 аварии - по причине пожара (40 %) и 25 аварийных ситуаций - выброс опасных веществ (30 %) (рис.2.). Материальный ущерб от общего количества аварийных случаев исчисляется миллиардами руб.

Рисунок 2 – Анализ аварийных случаев по их видам за 2015-2019 гг.

По данным Ростехнадзора фоновый риск аварий на нефтеперерабатывающих предприятиях имеет динамику роста, что прямопропорционально связано с ростом числа человеческих жертв и материального ущерба (рис.3).

Рисунок- 3 Фоновый риск аварий на НПП

Сегодня основным недостатком автоматизированных систем пожаротушения является ложные срабатывания и некорректная работа программного обеспечения (ПО), которые влекут за собой большой экономический ущерб. Рассмотрим интеграцию автоматизированной системы противопожарной защиты нефтеперерабатывающего предприятия путем построения модели цифрового автомата.

Синтез цифрового автомата (ЦА) всегда включает в себя несколько этапов. Первый этап называется блочным синтезом (рис.4), в нем проводится разбиение автомата на отдельные блоки, задаются функции, которые реализуются этими блоками, устанавливаются связи для обмена информацией между блоками, определяются входные и выходные сигналы автомата. Однако при этом сама структура входных, выходных и внутренних сигналов не рассматривается.

Рисунок-4 Этап блочного синтеза ЦА АИПТ

Любой автомат можно представить разными структурами, которые будут различаться составом и числом блоков. Единой методики разбиения автомата на блоки не существует. Определим следующие принципы при выборе блочной структуры:

-во-первых, структура должна содержать все те и только те блоки, которые имеются в любой системе пожаротушения;

-во-вторых, любой из блоков должен выполнять только одно из следующих отображений: электрических сигналов в механические, механических в механические, механических в электрические и электрических в электрические.

Для получения блочной структуры цифрового автомата необходимо укомплектовать каждый из образованных блоков полным набором функциональных частей, которые используются во всей совокупности автоматизированной интегрированной системе пожаротушения (АИСПТ), а также определить соответствующие внутренние и внешние связи. Данный ЦА будет построен в результате композиции автоматов для всей совокупности автоматизированной интегрированной системе пожаротушения. В дальнейшем такой автомат будем называть композицией изо морфных автоматов[1].

Автоматизированная интегрированная система пожаротушения выполнена как самостоятельная и независимая система. Основными функциями АИСПТ:

• обнаружения пожаров;
• контроля и управления;
• извещения о пожаре;
• оповещения о пожаре;

• сбор оперативной информации с датчиков пожара;
• обработка информации и формирование управляющих воздействий;
• автоматическая защита и блокировка оборудования;
• анализ предаварийных ситуаций;
• отображение пожарной ситуации на автоматизированном рабочем месте (АРМ) оператора;
• архивирование событий;
• подготовка и обмен информацией между системами управления.

Исходя из особенностей технологического процесса нефтеперерабатывающих предприятий необходимо применять достаточно функциональный и надежный контроллер с возможностью резервирования, который будет работать на основе модели цифрового автомата. Программная реализация модели цифрового автомата автоматизированной интегрированной системы противопожарной защиты (АИСППЗ) обеспечивает безопасность работы технологических процессов с учетом всех режимов работы предприятия [2].

В общем виде математическую модель исправного объекта задают выражением:

 Z = $\mathrm{\phi }$ (x, y, t),   (1)

где z - множество выходных функций (переменных), х - множество входных переменных, у - множество начальных значений внутренних переменных, t - время.

Для интуитивной проверки исправности и правильности функционирования АИСППЗ используются структурные, функциональные и принципиальные схемы [3]. Однако, эти схемы не являются математическими моделями, поэтому не являются основой для разработки формальных методов построения алгоритмов диагностирования. В таком случае для формального описания автоматизированной интегрированной системы пожаротушения необходимо использовать логические и динамические математические модели [4]. Для построения моделей логического типа исходными формами представления объекта диагностирования являются структурные, функциональные и принципиальные схемы, а для динамических моделей - кроме указанных схем еще временные и частотные характеристики объекта.

Для построения математической модели цифрового автомата для АИСППЗ логического типа необходимо, чтобы входные, выходные и внутренние переменные были двоичными. Анализ входных, выходных и внутренних переменных модели цифрового автомата автоматизированной интегрированной системы противопожарной защиты, показал, что каждую из этих переменных можно рассматривать как двоичную, одно из значений которой является истинным, а другое - ложным. В дальнейшем, как это принято в алгебре логики [4], истинные значения будем обозначать также символом "1", а ложные - символом "0".

Процесс ввода и вывода входных и выходных сигналов модели цифрового автомата АИСППЗ считает непрерывным. Время между двумя соседними моментами изменения входного (выходного) набора состоит из длины входного такта. Таким образом, все непрерывное время функционирования АИСППЗ необходимо разбить на такты переменной длины. Каждому такту переменной длины будет соответствовать свой набор значений входных (выходных) переменных. Поэтому смежных тактов с одинаковыми наборами быть не может, т.к. любой следующий такт определяется новым набором, который отличается от предыдущего значением одной или нескольких переменных.

В момент t внутреннее состояние модели цифрового автомата АИСППЗ задается набором значений его внутренних переменных. При этом каждому набору этих значений соответствует свой внутренний такт, в течение которого внутреннее состояние модели ЦА АИСППЗ остается неизменным. При изменении внутреннего набора значений внутреннее состояние модели ЦА переходит к новому.

Цифровые автоматы подразделяются на синхронные и асинхронные. В синхронных автоматах моменты дискретного времени t =0,1,2,..., в которые возможны изменения состояния автомата, происходит через равные промежутки времени. В асинхронных ЦА моменты перехода автомата из одного внутреннего состояния в другое заранее не определены и могут совершаться через неравные промежутки времени. Переход автомата из одного состояние в другое происходит под воздействием входных и внутренних сигналов, таким образом и определяется шкала дискретного времени[5]. Из проведенного ранее анализа следует, что для описания модели цифрового автомата автоматизированной интегрированной системы противопожарной защиты нужно использовать асинхронные автоматы.

Вывод. Модель цифрового автомата АИСППЗ НПП повысить уровень пожарной безопасности на объекте, повысит эффективность работы подсистем (пожаротушения, эвакуации, мониторинга и обнаружения), а также позволит решит проблему ложных срабатываний, формализовать последовательный запуск подсистем, а также оптимизирует работу противопожарной защиты, что приведет к уменьшению материального ущерба в экономике страны.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Топольский Н.Г. Проблемы и принципы создания интегрированных систем безопасности и жизнеобеспечения // Материалы четвертой международной конференции «Информатизация систем безопасности» - ИСБ-95. - М.: ВИПТШ МВД РФ. 1995. - С. 14-17.
2.  Козлитин А.М., Яковлев Б.Н. Чрезвычайные ситуации техногенного характера. Прогнозирование и оценка. Детерминированные методы количественной оценки опасностей техносферы: Учебное пособие/Под ред. А.И.Попова//- Саратов: Сарат.гос.ун-т, 2000. - 124 с.

3.Прусенкo Б.Е., Мартынюк В.Ф. Анализ аварий и несчастных случаев в нефтегазовом комплексе России: Учеб. пособие / Под ред. Б.Е. Прусенко, В.Ф.Мартынюка. - М.: ООО "Анализ опасностей", 2002. - 309 с.

4.Зюбин В. Е. Программирование информационно-управляющих систем на основе конечных автоматов: учеб.-метод. пособ. Новосибирск: Новосибирский государственный университет, 2006. 96 с.

5. Martinov, G.M. Implementation of Control for Peripheral Machine Equipment Based on the External Soft PLC Integrated with CNC / G.M. Martinov, N.V. Kozak, R.A. Nezhmetdinov // 2017. - International Conference on Industrial Engineering. - Applications and Manufacturing (ICIEAM). - 16-19 May. - 2017. - p.1-4.