Мымрин И.Н. Проектирование систем логического управления. Методические указания к курсовой работе - файл n1.doc

приобрести
Мымрин И.Н. Проектирование систем логического управления. Методические указания к курсовой работе
скачать (3063.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3064kb.08.09.2012 17:47скачать

n1.doc



ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


Кафедра автоматизации производственных процессов


ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ
ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Учебно-методическое пособие
по курсовой работе по курсу
«Интегрированные системы проектирования и управления»


УФА 2008

1. Автоматизация логического управления технологическими объектами и процессами 3

1.1. Структура устройств логического управления (УЛУ) 4

1.2. Основные этапы проектирования управляющего устройства 5

1.2.1. Этап системного проектирования. 5

1.2.2. Граф переходов и состояний. 8

1.2.3. Порядок построения графа переходов. 10

1.3. Логический синтез управляющих логических устройств с позиционной структурой. 11

1.4. Логический синтез управляющих устройств с кодированием состояний. 12

2. Пример проекта 15

2.1. Этап системного проектирования. 15

2.2. Синтез управляющих логических устройств с позиционной структурой. 17

2.3. Синтез управляющих логических устройств с кодированием состояний. 21

3.Задания для самостоятельной работы 26

1. Автоматизация логического управления технологическими объектами и процессами


Логическим управлением называют управление с помощью дискретных сигналов, принимающих конечное число фиксированных значений, и осуществляемое в соответствии с заданным алгоритмом управления. Обычно используют двухуровневые сигналы, обозначаемые условно «0» и «1».

Логическое управление используется для решения следующих задач автоматизации:

  1. пуск и остановка технологических объектов с помощью некоторой последовательности действий;

  2. переход с одного режима на другой;

  3. управление периодическими процессами, когда необходимо циклическое выполнение некоторой последовательности действий;

  4. защита технологических объектов в аварийных и предаварийных ситуациях.

Автоматизация логического управления осуществляется с помощью аппаратных и программных средств, получивших название устройств или систем логического управления (УЛУ или СЛУ).

1.1. Структура устройств логического управления (УЛУ)


Рисунок 1. Структурная схема устройства логического управления

На схеме приняты следующие обозначения для блоков и сигналов:

УУ - управляющее устройство или автомат;

БТ – блок таймеров, предназначенный для организации всех задержек времени, требуемых в алгоритме управления;

ПУ – пульт управления, предназначенный для взаимодействия с человеком-оператором.

Х – множество сигналов от автоматических датчиков объекта;

U – множество управляющих сигналов, поступающих на двухпозиционные и трехпозиционные исполнительные механизмы объекта (например, клапаны, задвижки, двигатели и т.п.);

Y – множество сигналов от кнопок и ключей ручного управления, находящихся на пульте управления;

I – множество сигналов, поступающих на пульт управления с целью включения/выключения элементов световой и звуковой сигнализации;

D – множество сигналов, управляющих таймерами в блоке БТ, т.е. включающих таймеры для отсчета требуемых выдержек времени;

Z – множество сигналов из блока таймеров, свидетельствующих об окончании требуемых выдержек времени.

При построении устройств логического управления в блоке БТ и ПУ обычно используются стандартные элементы автоматики, выпускаемые промышленностью, такие как реле времени, таймеры, светодиодные индикаторы и т.п.

Наиболее сложным при проектировании является блок управляющего устройства, т.к. его схема или программа работы существенно зависит от требований конкретного объекта и алгоритма управления.

1.2. Основные этапы проектирования управляющего устройства


Процесс проектирования управляющего устройства включает следующие этапы:

  1. системное проектирование;

  2. логический синтез;

  3. техническое проектирование и реализация (при создании УУ на жесткой логике) или программирование контроллера (при создании УУ на гибкой логике).

1.2.1. Этап системного проектирования.


На данном этапе получают все необходимые сведения об объекте управления и решают следующие задачи:

  1. Постановка и обоснование задачи автоматизации логического управления заданным объектом. Словесная формулировка алгоритма управления объектом.

  2. Выбор необходимых датчиков и исполнительных механизмов.

  3. Введение всех необходимых входных и выходных сигналов, их обозначение и интерпретация:

- это полная запись

- это полная запись

Более короткая запись:



Читается как превышение давления в первом случае или превышение уровня во втором случае.

Управляющие сигналы: - полная запись

Упрощенная запись:

– управление двигателем:

– выключить двигатель;

– включить двигатель.

Также следует учитывать особенности датчиков и исполнительных механизмов конкретного объекта.

Например, для задвижки возможен вариант «внешнего управления», когда конечные положения задвижки контролируются системой управления и вариант «внутреннего управления», когда достижение конечного положения контролируются самой задвижкой.

В первом случае нам необходимо ввести 2 входных сигнала (ХЗО – задвижка полностью открылась и ХЗЗ – задвижка полностью закрылась) и 2 управляющих сигнала (UЗО – задвижку открыть и UЗЗ – задвижку закрыть). При этом при открытии/закрытии задвижек УУ должно контролировать появление сигналов о конечном положении задвижек.

Во втором случае достаточно одного управляющего сигнала (UЗ), единичное значение которого будет соответствовать открытому положению задвижки, а нулевое – закрытому. При этом конечные положения обрабатываются самой задвижкой.

5. Формализованное представление алгоритма управления.

Данная операция выполняется с целью возможного уточнения алгоритма управления и упрощения последующего проектирования управляющего устройства. Формализованные способы представления алгоритмов должны удовлетворять следующим требованиям:

    1. однозначности, т.е. каждый шаг алгоритма должен быть однозначно определен;

    2. полнота, т.е. необходимость учета всех возможных ситуаций на объекте;

    3. не противоречивость, т.е. в одной и той же ситуации в алгоритме управления должны формироваться одни и те же управляющие воздействия.

Существуют разные способы формализации алгоритмов управления, например, автоматные таблицы, блок схемы алгоритмов и другие. Одним из эффектных способов формализации является графы переходов или состояний.

6. Составление структурной схемы системы логического управления

Под структурной схемой системы логического управления понимается графическое изображение технологического объекта, УЛУ и связей между ними.



Рисунок 2. Структурная схема системы логического управления

1.2.2. Граф переходов и состояний.


В общем виде граф переходов или состояний представляет собой следующее изображение (рисунок 3).



Рисунок 3. Основные компоненты графа переходов

Основным понятием графа переходов является понятие состояние. Состояния рассматриваются как некоторые абстракции, вводимые в процессе алгоритмизации, путем однозначного сопоставления каждого из них с одним из физических состояний управляемого объекта, так как обычно функционирование САУ проявляется через изменение их состояний. При этом каждое состояние в алгоритме поддерживает объект в соответствующем состоянии, а переход в новое состояние в алгоритме приводит к переходу объекта в новое соответствующее состояние, что обеспечивает процесс логического управления объектом.

Например, объект "задвижка" может находиться в одном из четырех рабочих состояний ("закрыта", "открывается", "открыта", "закрывается"), каждое из которых может поддерживаться соответствующим состоянием в алгоритме управления (рисунок 4 и 5).



Рисунок 4. Возможные состояния задвижки



Рисунок 5. Граф переходов переключения задвижки

В каждый момент времени граф переходов может находиться только в одном состоянии.

Другим понятием графа является переход. Над переходом указывается условие перехода, состоящее из обозначений входных сигналов УЛУ. На каждом переходе указываются не все входные воздействия УЛУ, а только те из них, которые обеспечивают переход по этой дуге. На каждом переходе входные воздействия могут объединяться в булевы формулы. Появление входного воздействия, записанного на переходе переводит граф переходов в следующее состояние.

После составления графа переходов для решаемой задачи, по нему формальными методами либо строится функциональная схема из библиотечных элементов c помощью системы булевых формул, либо составляется программа.

Описываемая технология позволяет участникам разработки проекта (заказчик, технолог, разработчик и программист) общаться не традиционным путем, в терминах технологического процесса, а на полностью формализованном языке, что не вызывает разночтений, возникающих из-за неоднозначности понимания естественного языка.

1.2.3. Порядок построения графа переходов.


Граф переходов составляется на основании словесной формулировки алгоритмов управления, а также введения обозначения сигналов в следующей последовательности:

  1. Определяется начальное состояние объекта, из которого начинается процесс управления, и для него вводится начальное состояние на графе переходов, обозначаемое кружком "О". Для этого состояния определяются значения всех выходных сигналов УЛУ, а также соответствующие им состояния ИМ объекта и элементов на пульте управления (ПУ). Все начальные состояния выходных сигналов приписываются в начальном состоянии графа переходов с помощью введенных раннее обозначений.

  2. Определяется очередность состояний объекта и необходимое для этого изменение состояний ИМ. Каждый переход из начального состояния в последующие изображается направленной линией, связывающей изображение этих состояний. Стрелка, указывающая направление перехода, обычно изображается в средней части линии. Над стрелкой указывается логическое условие, при выполнение которого осуществляется данный переход, т.е. переход разрешается, когда логическое условие перехода принимает единичное значение. Если из данного состояния возможны несколько переходов, то все они изображаются направленными переходами с соответствующими условиями переходов, при этом все условия должны быть взаимоисключающими, т.е. не должно выполняться более одного условия в данный момент времени (иначе это будет противоречить требованию однозначности алгоритма).

  3. Чтобы избежать избыточного числа состояний на графе переходов, каждое новое состояние вводится только тогда, когда аналогичного состояния на графе не вводилось. Аналогичными или идентичными состояниями графа переходов называют состояния, в которых формируются одинаковые выходные сигналы для объекта и ПУ.

  4. Построение графа переходов продолжается до тех пор, пока все последовательности состояний не образуют замкнутые циклы или подграфы. Наличие или появление тупиковых состояний, из которых нет переходов в другие состояния, свидетельствует, как правило, либо об ошибках построения графа переходов, либо о неполноте или ошибочности исходных данных, приведенных в словесной формулировке алгоритма. В этом случае необходимо доопределить и замкнуть граф соответствующим переходом.

1.3. Логический синтез управляющих логических устройств с позиционной структурой.


УЛУ с позиционной структурой состоит из следующих элементов (рисунок 6):



Рисунок 6. Структурная схема УЛУ с позиционной структурой

Синтез выполняется на основе составленного графа переходов в следующей последовательности:

1. Синтез блока БП. Количество элементов памяти БП выбирается равным числу состояний на графе переходов

NЭП = N,

где N – число состояний на графе.

2. Синтез блока БЛУ. Под синтезом данного блока понимается составление структурных формул для включающих Si и выключающих Ri сигналов каждого элемента памяти в БП. При этом под включающим сигналом понимается дискретный сигнал, приводящий триггеры в единичное состояние на прямом выходе. Каждый включающий сигнал Si формируется при одновременном выполнении следующих условий:

Все три условия объединяются логической операцией “И”:

Si = условие1 & условие2 & условие3.

Если включающих сигналов несколько, то все они объединяются логической операцией “ИЛИ“.

Выключающий сигнал Ri формируется при следующем условии: при переходе БП в каждое последующее состояние все триггеры предшествующих состояний выключаются. Если выключающих сигналов несколько, то все они объединяются логической операцией “ИЛИ“.

3. Синтез блока выходов.

БВ может быть построен двумя способами:

В первом случае на графе переходов находят все состояния, в которых данный выходной сигнал принимает единичные значения. Тогда структурная формула для этого сигнала принимает вид

Ui = ai1 + ai2 + … + ain.

Во втором случае на графе переходов находят состояния, в которых данный выходной сигнал совершает переход из 0 в 1. Выходами элементов памяти этих состояний формируют включающий сигнал Si. Аналогично записывают выключающий сигнал при переходе 1 в 0. Если таких состояний несколько, то все они объединяются логической операцией «ИЛИ».

4. Составление функциональной схемы УЛУ или программы в виде совокупности всех трёх блоков.

1.4. Логический синтез управляющих устройств с кодированием состояний.


Применение УЛУ с кодированием состояний позволяет сократить количество необходимых для работы схемы элементов памяти, применяя двоичное кодирование каждого состояния на графе переходов.

УЛУ с кодированием состояний состоит из следующих элементов (рисунок 7):



Рисунок 7. Структурная схема УЛУ с кодированием состояний

Синтез выполняется на основе составленного графа переходов в следующей последовательности:

1. Синтез блока памяти. Синтез выполняется в два этапа:

а) противогоночное кодирование графа переходов с коррекцией, если это необходимо.

б) определение числа элементов памяти в блоке памяти по закодированному графу переходов.

Выбор количества элементов памяти осуществляется по формуле

,

где – число элементов памяти; – число состояний скорректированного графа переходов.

2. Синтез блока логических условий переключения.

На скорректированном графе переходов для каждого триггера находим состояния, в которых этот триггер находиться в единичном, т.е. включенном состоянии, и все эти состояния обводятся контуром.

Составляются структурные формулы для включающих и выключающих сигналов S и R. Включающим сигналом S соответствуют пересечения входных стрелок переходов с контуром соответствующего тригера. Выключающим сигналом R соответствуют пересечения выходных стрелок переходов с контуром соответствующего тригера.

При этом состояние тригера, для которого составляется структурная формула, и который меняет свое состояние при этом переходе в структурной формуле не участвует.

3. Синтез блоков дешифратора состояний блока памяти и блока выхода.

Обычно эти блоки синтезируются одновременно.

Правила синтеза те же, что и для управляющих устройств с позиционной структурой.

4. Составление функциональной схемы УЛУ или программы в виде совокупности всех трёх блоков.

2. Пример проекта

2.1. Этап системного проектирования.


Необходимо автоматизировать управление данным объектом, т.е. насосом и задвижкой в соответствии с требуемым алгоритмом управления.



«ТЕ-1» – технологическая емкость; «Н-1» – насосный агрегат с электроприводом; «V-1» – задвижка с электроприводом; «ОК» – общий коллектор.

Словесная формулировка требуемого алгоритма управления.

При достижении жидкостью в технологической емкости верхнего уровня необходимо включить двигатель насоса. При достижении на выходе насоса заданного давления открыть задвижку. При достижении жидкостью нижнего уровня необходимо закрыть задвижку и выключить двигатель насоса.

Если в процессе откачки произойдет перегрев подшипников насоса или давление в общем коллекторе упадет ниже заданного значения, необходимо отключить насос, закрыть задвижку и включить сигнализацию.

Выбор датчиков и исполнительных механизмов, обозначения сигналов.

Датчики:

датчики уровня;

датчик давления на выходе насоса в общем коллекторе;

датчик температуры в подшипниках насоса;

датчик состояние задвижки (открыта или закрыта).

ИМ:

двигатель насоса;

электропривод задвижки;

аварийная сигнализация сигнализации.

Входные сигналы:

ВУ, НУ – сигнал о достижении верхнего, нижнего уровня;

РОК – сигнал падения давления в общем коллекторе ниже допустимого;

Р – сигнал достижения заданного давления на выходе насоса;

ЗО, ЗЗ – сигнал состояния задвижки (открыта, закрыта);

Yсб – сигнал сброса аварийной сигнализации;

Т – сигнал превышения температуры в подшипниках Tдопуст.

Выходные сигналы:

UН – включение двигателя насосного агрегата;

UЗО – включение привода ЗД на открытие;

UЗЗ – включение привода ЗД на закрытие;

IС – включение сигнализации на ПУ.


Формализация алгоритма управления с помощью графа переходов.



Составление структурной схемы системы управления.


2.2. Синтез управляющих логических устройств с позиционной структурой.


1. Синтез блока памяти (БП)

= 7.

2. Синтез блока логических условий (БЛУ)

Структурные формулы включающих и выключающих сигналов.

триггер T



триггер T



триггер T



триггер T



триггер T



триггер T



триггер T







3. Синтез блока выходов БВ:

а) на элементах “ИЛИ”



б) на RS-триггерах









4. Программа на языке FBD.

Список переменных программы

Variable name

Type

Address

a0

BOOL




a1

BOOL




a2

BOOL




a3

BOOL




a4

BOOL




a5

BOOL




а6

BOOL




Ic

BOOL

000004

NU

BOOL

100004

P

BOOL

100002

Роk

BOOL

100006

T

BOOL

100005

Un

BOOL

000001

Uzo

BOOL

000002

Uzz

BOOL

000003

VU

BOOL

100001

Ysb

BOOL

100008

ZO

BOOL

100003

ZZ

BOOL

100007



Примечание: Блок FBI_1_1 (RS1) является RS-триггером, на выходе которого устанавливается единичное выходное значение при запуске контроллера, что соответствует начальному состоянию на графе переходов.

5. Программа на языке LD





Примечание: Начальное значение переменной a0 равно TRUE, что соответствует нулевому состоянию на графе переходов.

Список переменных программы

Variable name

Type

Address

Initial value

a0

BOOL




TRUE

al

BOOL







a2

BOOL







a3

BOOL







a4

BOOL







a5

BOOL







а6

BOOL







Ic

BOOL

000004




NU

BOOL

100004




P

BOOL

100002




Роk

BOOL

100006




R0

BOOL







R1

BOOL







R2

BOOL







R3

BOOL







R4

BOOL







R5

BOOL







R6

BOOL







ResetUn

BOOL







S0

BOOL







S1

BOOL







S2

BOOL







S3

BOOL







S4

BOOL







S5

BOOL







S6

BOOL







T

BOOL

100005




Un

BOOL

000001




Uzo

BOOL

000002




Uzz

BOOL

000003




VU

BOOL

100001




Ysb

BOOL

100008




ZO

BOOL

100003




ZZ

BOOL

100007





2.3. Синтез управляющих логических устройств с кодированием состояний.


1. Синтез блока памяти.

1 этап. Противогоночное кодирование графа переходов.



2 этап. Определение числа элементов памяти в блоке памяти по закодированному графу переходов.

= 3.
2. Синтез блока логических условий







3. Синтез блока дешифратора состояний блока памяти и блока выхода.



На элементах «ИЛИ»



Полученные структурные формулы упрощаются по возможности, используя известные законы алгебры логики и методы минимизации, например:



На RS-триггерах









4. Программа на языках FBD.

Список переменных программы

Variable name

Type

Address

A

BOOL




В

BOOL




С

BOOL




Ic

BOOL

000004

NU

BOOL

100004

P

BOOL

100002

Роk

BOOL

100006

T

BOOL

100005

Un

BOOL

000001

Uzo

BOOL

000002

Uzz

BOOL

000003

VU

BOOL

100001

Ysb

BOOL

100008

ZO

BOOL

100003

ZZ

BOOL

100007




Примечание: Блок FBI_1_27 (RS1) является RS-триггером, на выходе которого устанавливается единичное выходное значение при запуске контроллера, что соответствует начальному состоянию на закодированном графе переходов (триггеры АВС находятся в состоянии 100).




5. Программа на языке LD

Список переменных

Variable name

Type

Address

Initial value

A

BOOL




TRUE

В

BOOL







С

BOOL







Ic

BOOL

000004




NU

BOOL

100004




P

BOOL

100002




Роk

BOOL

100006




Ra

BOOL







Rb

BOOL







Rc

BOOL







RUn

BOOL







Sa

BOOL







Sb

BOOL







Sc

BOOL







SUn

BOOL







T

BOOL

100005




Un

BOOL

000001




Uzo

BOOL

000002




Uzz

BOOL

000003




VU

BOOL

100001




Ysb

BOOL

100008




ZO

BOOL

100003




ZZ

BOOL

100007






Примечание: Начальное значение переменной A равно TRUE, что соответствует начальному состоянию на закодированном графе переходов (триггеры АВС находятся в состоянии 100).



3.Задания для самостоятельной работы


Задание 1. Спроектировать систему автоматического управ­ления установкой депарафинизации скважин.
Схема технологического объекта управления.

1 – скребок; 2 – скважина; 3 – трос (проволока); 4 – лебедка;
5 – реверсивный электропривод.
Описание алгоритма управления объектом.
Спуск скребка осуществляется периодически через заданные интервалы времени Т. При этом включается двигатель лебедки на спуск и скребок опускается в скважину, очищая ее от парафина. При достижении заданной глубины с выдержкой времени ? двигатель переключается на подъем. Остановка двигателя осуществляется при подъеме скребка до за­данного верхнего положения.

При спуске и подъеме скребка в скважине осуществляется контроль застревания скребка (при спуске контроль осуществляется по времени, а при подъеме по натяжению троса).

Если за время контроля спуска tКОНТР скребок не достиг заданной глубины (произошло застревание скребка), необходимо отключить двига­тель и включить аварийную сигнализацию.

Если же застревание скребка произойдет при подъеме, что контролируется датчиком натяжения троса, то для предот­вращения обрыва проволоки необходимо отключить двигатель и включить аварийную сигнализацию.

Сигналы аварии выключаются оператором кнопкой "Сброс аварии". После сброса аварийного сигнала должен немедленно начаться спуск скребка.

Задание 2. Спроектировать систему автоматического управ­ления розжигом печи с огневым подогревом.
Схема технологического объекта управления.

1 – вентилятор с электроприводом; 2 – воздушная заслонка;

3 – клапан запального раза; 4 – клапан основного газа; 5 – основные горелки;
6 – запальные горелки; 7 – электроискровой запальник.
Описание алгоритма управления объектом.
При подаче сигнала "Пуск" включается вентилятор, полностью открывается воздушная заслонка и выполняется 4-х минутная про­дувка печи. После окончания продувки заслонка прикрывается на 20%, подается газ на запальные горелки и включается электроискровой запальник. После выдержки времени выполняется контроль наличия пламени на всех четырех горелках.

При наличии пламени на всех горелках открывается клапан основного газа и для розжига 4-х основных горелок высоковольтная искра продолжа­ет подаваться в течение 20 с. После этого выключается запальник и закрывается клапан запального газа.

Если во время розжига запальных горелок отсутствует пламя хотя бы в одной из них, то закрывается клапан запального газа, выключается запальник, пол­ностью открывается воздушная заслонка и включается аварийная сигнализация.

Задание 3. Спроектировать систему автоматического управ­ления дожимной насосной станцией (ДНС).
Схема технологического объекта управления.

1 – емкость; 2 и 3 – рабочий и резервный насосы с электро­приводами;
4 – фильтр; 5 – счетчик нефти
Описание алгоритма управления объектом.
При достижении жидкостью в емкости верхнего уровня включается рабочий насос и начинается откачка, а при достижении жидкостью нижнего уровня насос выключается.

Если по какой-либо причине рабочий насос не справляется с откачкой и жидкость в емкости достигает аварийного уровня, то рабочий насос отключается (во избежание перегрузки по элек­тропитанию), включается резервный насос и подается аварийный сигнал оператору. Резервный насос отключается, также как и ра­бочий, по нижнему уровню жидкости в емкости.

Предусматривается защита ДНС по верхнему давлению (на­пример, при засорении фильтра) и по нижнему давлению (при неис­правностях в насосе, утечках и порывах в трубопроводах) на выходе насосов. При достижении этих давлений с выдержкой времени ? работающий насос отключается и включается аварийная сигнали­зация.
Задание 4. Спроектировать систему автоматического управления групповой замерной установкой (ГЗУ) типа «Спутник».
Схема технологического объекта управления.


1 – переключатель скважин (ПСМ); 2 – клапан на замерной линии;

3 – замерный сепаратор; 4 – клапан на общем трубопроводе;
5 – об­щий трубопровод; 6 – счетчик нефти (имеет контактный выход через каждые 50 л); 7 – пневмоклапан; 8 – гидропривод переключателя сква­жин;
9 – клапан соленоидный для управления клапанами 2 и 4 через гидросистему 10.
Описание алгоритма управления объектом.
Переключение ГЗУ на очередную скважину осуществляется пос­ле окончания времени замера Т предыдущей скважины (Т = 2-24 ч.). Для переключения включается гидропривод 8 на время tГП = 15 с. После переключения начинается отсчет времени коррекции tКОР =10-15 мин., а после его окончания контактный выход счетчика 6 подключается к цепи электромеханического счетчика очередной сква­жины. Одновременно начинается отсчет времени контроля подачи дан­ной скважины tП = 15 мин. Если за это время не поступит ни одного импульса со счетчика (нет подачи), то начинается переключение на следующую скважину.

При аварийном состоянии ГЗУ – повышении или понижении давления в общем трубо­проводе во время замера дебита скважины – осуществляется блокировка скважин путем закрытия клапа­нов 2 и 4 и аварийная сигнализация через систему телемеханики. Аварийный сигнал снимается кнопкой "Сброс аварии" после устране­ния аварийной ситуации; при этом происходит открытие клапанов 2 и 4 и переключение на следующую скважину.

Задание 5. Спроектировать систему автоматического управ­ления пуском насосного агрегата на насосной станции магистрального нефтепровода.
Схема технологического объекта управления.

1 – подпорный насос; 2 и 3 – входная и выходная задвижки; 4 - обра­тный клапан; 5 – насос; 6 – опоры с подшипниками; 7 - электродви­гатель;
8 – пусковой маслонасос; 9 – клапан выпуска воздуха из насоса;
10 – вентилятор воздушного охлаждения двигателя
Описание алгоритма управления объектом.
Разрешением на включение агрегата служит закрытое положение задвижек входных и выходных задвижек 2 и 3. При подаче сигнала «Пуск» одновременно включают­ся подпорный насос 1, пусковой маслонасос 8, вентилятор 10, открывается входная задвижка 2 и клапан выпуска воздуха из насоса 9. Клапан 9 закрывается по сигналу поплавкового реле залива, установленного перед клапаном, для предотвращения слива нефти из насоса. Если вентилятор 10 включился, клапан 9 закрылся и давление масла за пусковым маслонасосом 8 находится в норме, производится открытие выходной задвижки 3 и с выдержкой времени ? включение электродвигателя 7.

Если в течении 10 сек. не произошло включение электродвигателя, то необходимо закрыть входную и выходную задвижки 2 и 3, отключить вентилятор 10 и пусковой маслонасос 8 , а также включить аварийную сигнализацию.

При полном открытии выходной задвижки 3 включается исполнительная сигнализация окончания пуска агрегата.

Затем, после достижения заданного давления смазки, отключается пусковой маслонасос 8.

Задание 6. Спроектировать систему автоматического управле­ния перестановкой кранов при пуске последова­тельно работающего нагнетателя на компрессорной станции.
Схема технологического объекта управления.

1 – нагнетатель; 2 – кран; 3 – сервомотор; 4 – соленоидный клапан закрытия крана; 5 – соленоидный клапан открытия крана.
Описание алгоритма управления объектом.
Перед пуском агрегата открыты краны КЗ, КЗ-бис и К5, закрыты краны K1, К2 и К4. При пуске первым открывается кран К4 для заполнения нагнетателя газом и вытеснения из его полости воздуха (продувки) через открытый кран К5. После окончания про­дувки, контролируемой по заданной длительности tП, кран К5 закрывается и полость нагнетателя заполняется газом. Эта опера­ция считается выполненной, когда перепад давления на кране K1 становится меньше 0,3 МПа.

Если в течение 1 мин. перепад давления не достигнет заданного значения, необходимо включить аварийную сигнализацию, открыть кран К5 и закрыть кран К4.

В нормальном режиме работы объекта, после достижения заданного перепада давления на кране К1, открываются краны K1 и К2, а затем закрывается кран К4.

После вывода нагнетателя на режим, соответствующий минимальной уставке датчика скорости, закры­вается краны КЗ и КЗ-бис.

Задание 7. Спроектировать систему автоматического управ­ления перестановкой кранов при нормальной остановке последовательно работающего нагне­тателя на компрессорной станции.
Схема технологического объекта управления



1 – нагнетатель; 2 – кран; 3 – сервомотор; 4 – соленоидный клапан открытия крана; 5 – соленоидный клапан закрытия крана
Описание алгоритма управления объектом
Нормальная остановка агрегата осуществляется по команде оператора в случае необходимости изменить режим компрессорной станции, осуществить плановую ревизию, ремонт и т.д.

По команде оператора, если открыты краны K1 и K4 открывается кран К6 и снижается частота вращения нагнетателя до минимальной уставки регулятора скорости. После снижения частоты открываются краны КЗ и КЗ-бис. Затем закрываются краны K1, K2 и К4, и только после их полного закрытия открывается кран К5. По окончанию открытия крана К5 подается сигнал оператору о нормальной остановке объекта.

Если в течение 20 секунд не происходит снижение частоты вращения до минимального значения, то закрывается кран К6 и подается аварийный сигнал оператору.

Задание 8. Спроектировать систему автоматического управле­ния
маслонасосами газотурбинной установки на компрессорной станции.

Схема технологического объекта управления



1 – маслобак; 2 – резервный маслонасос с двигателем постоянного тока (РМН); 3 – сдвоенный обратный клапан; 4 – пусковой маслона­сос с двигателем переменного тока (ПМН); 5 – инжектор; 6 - глав­ный маслонасос (ГМН); 7 – компрессор; 8 – турбина высокого давле­ния (ТВД).
Описание алгоритма управления объектом
ПМН снабжает маслом систему смазки агрегата во время пуска и остановки агрегата, когда частота вращения ТВД мала и ГМН не развивает достаточного давления.
При получении сигнала ПУСК АГРЕГАТА включается ПМН. При достижении заданного давления на выходе ПМН включается ГМН. При достижении задан­ного давления масла за ГМН пусковой маслонасос отключается и включается турбина высокого давления.

При нормальной остановке агрегата (при получении сигнала ОСТАНОВ АГРЕГАТА) выключается ТВД и включается ПМН, который отключается только после снижения температуры продуктов сгорания перед ТВД до 100°С.

При аварийной остановке агрегата (при снижении давления на входе в ТВД ниже уставки) выключается ТВД и включается ПМН. В этом случае ПМН отключается только сигналом от оператора.

Также, если в течение 10 сек. после включения ПМН не будет достигнуто заданного давления на выходе ПМН (т.е. при возможном выходе ПМН из строя), должна обеспечиваться аварийная оста­новка ТВД и включение РМН. Отключение РМН осуществляется только оператором.

Задание 9. Спроектировать систему автоматического управления переключением кранов для заполнения емкостей резервуарного парка на насосной станции нефтепровода
С
хема технологического объекта управления


1,2,3 – резервуары; 4 – насос с электроприводом
Описание алгоритма управления объектом
При нажатии кнопки «Пуск» необходимо начать заполнение первого резервуара. После заполнения одного резервуара, что контролируется датчиком уровня, должно обеспечиваться автоматическое переключение входного потока на прием следующего. Если не окажется порожнего резервуара, то с выдержкой времени ? (20 секунд) поток переключается в резервную емкость и включается аварийная сигнализация. При опорожнении одного из резервуаров до нижнего уровня необходимо переключиться на его заполнение. Если не окажется порожнего резервуара, то с выдержкой времени ? (20 секунд) поток переключается в резервную емкость и включается аварийная сигнализация.
Примечание 1. Система автоматизации должна управлять только заполнением резервуаров. Их опорожнение осуществляется независимо.

Примечание 2. Управление заполнением резервуаров осуществляется открытием/закрытием задвижек на входе в резервуар. Насос 4 работает постоянно.

Задание 10. Спроектировать систему автоматического запуска насосного агрегата.
Схема технологического объекта управления.


Описание алгоритма управления объектом.
При подаче сигнала «Пуск» подается команда на открытие электрозадвижки HS1, установленной на всасывании насоса. Если время открытия электрозадвижки превышает 30 секунд, подается сигнал «авария». В случае отсутствия требуемого давления после открытия задвижки, контролируемого манометром PS5, установленного на всасывании насосного агрегата, процесс запуска прерывается и также выдается сигнал «авария».

После нормального открытия электрозадвижки HS1 перед запуском электродвигателя проверяют: 1) давление масла в выносном баке (показывает наличие масла на торцевом уплотнении вала насоса) с помощью манометра PS8; 2) давление воды в системе охлаждения насоса манометром PS12; 3) электрозадвижка на линии нагнетания HS2 закрыта.

Если все параметры в норме, то электродвигатель насоса запускается. После пуска насоса манометром PS6, установленным до задвижки нагнетания, контролируется давление по максимальному значению. При достижении нормального давления задвижка HS2 открывается.

При нажатии кнопки «СТОП» происходит автоматическая остановка насосного агрегата и закрытие соответствующих задвижек.

В случае возникновения аварийной ситуации по любой причине срабатывает аварийная сигнализация, закрываются открытые задвижки, и выключается электродвигатель насосного агрегата.

Задание 11. Спроектировать систему автоматического запуска насосного агрегата.
Схема технологического объекта управления.


Описание алгоритма управления объектом.
При подаче сигнала «Пуск» подается команда на открытие электрозадвижки HS1, установленной на всасывании насоса.

После открытия электрозадвижки HS1 перед запуском электродвигателя проверяют: 1) давление масла в выносном баке (показывает наличие масла на торцевом уплотнении вала насоса) с помощью манометра PS8; 2) давление воды в системе охлаждения насоса манометром PS12; 3) электрозадвижка на линии нагнетания HS2 закрыта.

Если все параметры в норме, то электродвигатель насоса запускается. После пуска насоса манометром PS6, установленным до задвижки нагнетания, контролируется давление по максимальному значению. Максимальный контакт манометра дает сигнал на открытие электрозадвижки в магистраль HS2 (который настроен на давление, исключающее передавливание жидкости через насос). Если давление не достигло заданного значения в течение 60 секунд, то вырабатывается сигнал «авария». При достижении нормального давления задвижка HS2 открывается.

При нажатии кнопки «СТОП» происходит автоматическая остановка насосного агрегата и закрытие соответствующих задвижек.

В случае возникновения аварийной ситуации по любой причине срабатывает аварийная сигнализация, закрываются открытые задвижки, и выключается электродвигатель насосного агрегата.

Задание 12. Спроектировать систему автоматического пуска установки термического обезвреживания жидких отходов.
Схема технологического объекта управления

Описание алгоритма управления объектом.
При нажатии кнопки “старт” включается вентилятор Е-1, открывается заслонка для регулирования воздуха сгорания FV17, затем открывается клапан FV21. После чего трансформатор зажигания T1 возбуждается и на кончике контрольной форсунки генерируются электрические искры. Одновременно с этим открывается контрольный клапан FV3, в результате чего запальный газ подается в форсунку и зажигается. Время возбуждения трансформатора истекает через 15 секунд, по окончании трансформатор отключается и наличие пламени проверяется детектором пламени. В случае нестабильности пламени закрываются открытые клапана, включается световая и звуковая сигнализация и через 10 секунд после оповещения установка автоматически отключается.

После уточнения стабильности пламени контрольной горелки открывается клапан FV5 на линии подачи мазута к запальной горелке и зажигается основная горелка. Через 5 секунд после этого закрывается клапан FV3. После повышения температуры печи до 950єС открываются клапаны FV13 и FV15 и установка переходит в режим сжигания отходов.

Установка отключается нажатием кнопки “стоп”.

Задание 13. Спроектировать систему автоматического переключения газораспределительной станции (ГРС) на байпасный режим.
Схема технологического объекта управления


Описание алгоритма управления объектом.
При нормальном режиме работы ГРС газ поступает через входные линии через открытую входную задвижку КШ 1. В это время задвижки КШ 2, КШ 3 закрыты.

Переключение на байпасный режим работы производится в случаях неисправности основных объектов ГРС, что контролируется манометрами РЕ 1 и РЕ 2.

При обнаружении отклонений давлений от заданных параметров, переключение ГРС на байпасную линию начинается с полного открытия задвижки КШ 2. Далее на 10% приоткрывается регулирующая задвижка КШ 3 и, после того, как появляется давление в обводной линии, контролируемое манометром РЕ 3 и выдержки времени 30 секунд, полностью закрывается задвижка КШ 1. После этого необходимо регулирующей задвижкой КШ 7 выставить необходимое для выхода линии значение давления, контролируемого манометром РЕ 3 (приоткрыть задвижку КШ 3 до момента достижения заданного давления PE 3). После этого выдается сигнал оператору о нормальном переключении на байпасную линию.

Если после выдержки времени 30 секунд, давление в обводной линии не появляется, включается аварийная сигнализация, и закрывается задвижка КШ 2.




Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации