Автоматизация химической промышленности - файл n25.doc

приобрести
Автоматизация химической промышленности
скачать (4246.1 kb.)
Доступные файлы (29):
n1.vsd
n2.vsd
n3.vsd
n4.vsd
n5.vsd
n6.vsd
n7.vsd
n8.vsd
n9.vsd
n10.vsd
n11.vsd
n12.vsd
n13.vsd
n14.doc997kb.27.05.2005 01:39скачать
n15.doc104kb.28.05.2005 18:13скачать
n17.doc64kb.08.01.2011 18:10скачать
n18.doc37kb.30.05.2005 16:29скачать
n19.doc61kb.29.05.2005 13:10скачать
n20.doc59kb.27.05.2005 15:18скачать
n21.doc64kb.08.01.2011 18:10скачать
n22.doc60kb.25.05.2005 22:08скачать
n23.doc338kb.30.05.2005 16:34скачать
n24.doc74kb.27.05.2005 13:51скачать
n25.doc146kb.29.05.2005 17:36скачать
n26.doc71kb.27.05.2005 14:12скачать
n27.doc1937kb.31.05.2005 00:34скачать
n28.doc242kb.27.05.2005 14:50скачать
n29.doc247kb.31.05.2005 11:13скачать
n30.doc81kb.30.05.2005 16:32скачать

n25.doc





3. Разработка и описание системы контроля, регулирования

и управления технологическим процессом
3.1. Выбор и описание структурной схемы системы управления
По функциональным признакам структура предлагаемой АСУТП подразделяется на следующие категории:

1) распределенная система управления (РСУ), базирующаяся на специализированной микропроцессорной технике, предназначенной для управления технологическими процессами совместно с оперативным персоналом в режиме реального времени;

2) система противоаварийной защиты (ПАЗ), базируется на специализированной микропроцессорной технике повышенной надежности, предназначенной для автоматического перевода технологических процессов в безопасное состояние при возникновении аварийных ситуаций;

3) периферийное оборудование – понятие, объединяющее датчики, анализаторы, преобразователи и исполнительные механизмы, а также электрические и другие приводы, установленные как непосредственно на технологическом оборудовании, так и в специальных помещениях, и подключенные к РСУ и ПАЗ.

АСУ ТП должна иметь гибкую структуру, легко адаптироваться к изменениям и дрейфу характеристик технологических процессов во времени, обеспечивать модификацию алгоритмов решения задач и наборов участвующих в них переменных, конфигурирование схем регулирования и управления. АСУ ТП должна иметь 10% резерв по информационным и управляющим каналам.

По иерархическим признакам структура АСУ ТП должна быть трехуровневой, и строится на основе распределенной архитектуры. Структура системы должна соответствовать магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и иметь распределённое программное обеспечение и базу данных, доступную (с заданными ограничениями) всем абонентам промышленной сети.

Каждый из уровней АСУ ТП представляет собой следующее:

Первый уровень – полевой КИП, базирующийся на современной электронной технике и выполняющий следующие функции: первичная обработка информации (фильтрация, линеаризация, проверка на достоверность значений параметров), реализация регулирующих воздействий, двухсторонний обмен данными со вторым уровнем.

Второй уровень – специализированная сеть микропроцессорных контроллеров РСУ и ПАЗ, ориентированная на автоматизированное управление производственными процессами в режиме реального времени и выполняющая следующие функции: сбор информации с нижнего уровня, расчет действительных значений параметров и введение поправок, реализация сложных цифровых алгоритмов и законов регулирования, автоматический контроль состояния технологического процесса, выдача оптимальных управляющих воздействий на нижний уровень управления.

Третий уровень - рабочие станции промышленного исполнения, то есть станция оператора-технолога и станция инженера.

Станция оператора-технолога осуществляет следующие функции: управление в реальном масштабе времени основным и вспомогательным технологическим процессом, ведение базы данных, визуализацию состояния технологического оборудования (мнемосхемы, графики), обработку данных, дистанционное и ручное управление технологическим процессом, сигнализацию вышедших за пределы технологических параметров, формирование и печать протокола нарушений и сообщений, связь с другими системами автоматизации.

Станция инженера выполняет следующие функции: задание уставок блокировки, настройка датчиков, настройка диапазонов значений параметров, настройка регуляторов, отладка программ, настройки мнемосхем, трендов.

Связь между компонентами 1-го и 2-го уровней АСУ ТП должна осуществляться электрическим способом: кодовые, аналоговые и дискретные сигналы.

Связь между компонентами 2-го и 3-го уровня должна осуществляться кодовым способом посредством специализированных промышленных компьютерных сетей обеспечивающих полный цикл обмена данными между компонентами в пределах одной секунды. Связь во время управления процессом между контроллерами должна работать в режиме односторонней передачи информации – от ПАЗ к РСУ. 3-й уровень АСУ ТП должен иметь программные и аппаратные средства для подключения к информационно-управляющей системе завода, организованной на базе протокола Ethernet.

АСУ ТП должна быть ориентирована на работу в жёстком реальном времени, т.е. быть предсказуемой и обеспечивать выполнение всех функций точно в срок.

Система должна иметь возможность оперативного конфигурирования прикладного программного обеспечения на отдельной инженерной станции без нарушения работоспособности системы, кроме того, система должна быть резервируема и полностью автономна.







3.2. Техническое обеспечение


(Лист №2 ДП 2102 00 022 05 ГЧ)
3.2.1 Выбор технических средств автоматизации. Для достижения поставленной задачи дипломного проектирования, реализации функций контроля, регулирования и управления, необходимо заменить полевой КИП существующей системы автоматизации, а так же отсечную блокировочную арматуру на всём объекте для повышения надёжности системы ПАЗ.

При выборе преобразователей и измерительных средств, в первую очередь необходимо принять во внимание такие факторы, как выходной сигнал, пожароопасность и взрывоопасность. Измерительные преобразователи должны быть выбраны, исходя из пределов измерения регулируемой величины объекта.

Для измерения давления предлагается использовать преобразователи давления Cerabar S PMP 635 и Cerabar S PMC 731 фирмы «Endress+Hauser», с видом искрозащиты EExiaIICT4/T6 [13].

Преобразователь давления Cerabar S PMP 635 имеет следующие характеристики:

- Погрешность (относительная), % < 0,1;

- Погрешность (дополнительная), % 0,1/год;

- Диапазон измерения: (абсолютное давление, кПа) от 16 до 600;

(избыточное давление, кПа) от 16 до 600;

- Диапазон окружающих температур, 0С от (- 40) до 100;

- Диапазон рабочих температур, 0С от (-40) до 100;

Если высокая постоянная температура превышает 850С, то датчик устанавливается с капиллярной трубкой, с использованием специального кронштейна.

- Выходной сигнал от 4 до 20 мА/HART®;

- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP 65.

Преобразователь давления Cerabar S PMC 731 имеет следующие характеристики:

- Погрешность (относительная), % < 0,1;

- Погрешность (дополнительная), % 0,1/год;

- Диапазон измерения: (абсолютное давление, кПа) от 0 до 4000;

(избыточное давление, кПа) от 100 до 4000;

- Диапазон окружающих температур, 0С от (- 40) до 100;

- Диапазон рабочих температур, 0С от (-40) до 100;

Если высокая постоянная температура превышает 850С, то датчик устанавливается с капиллярной трубкой, с использованием специального кронштейна.

- Выходной сигнал от 4 до 20 мА/HART®;

- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP 65.

Для измерения расхода предлагается использовать преобразователь дифференциального давления Deltabar S PMD 235 фирмы «Endress+Hauser», с видом искрозащиты EExiaIICT4/T6 [13], имеющий следующие характеристики:

- Погрешность (относительная), % < 0,1;

- Погрешность (дополнительная), % 0,1/год;

- Диапазон измерения (дифференциальное давление, кПа) от 0 до 300;

- Диапазон окружающих температур, 0С от (-40) до 125;

- Диапазон рабочих температур, 0С от (-40) до 125;

Если высокая постоянная температура превышает 850С, то датчик устанавливается с капиллярной трубкой, с использованием специального кронштейна.

- Выходной сигнал от 4 до 20 мА/HART®;

- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP 65.

Для измерения температуры предлагается использовать датчики температуры промышленной группы «Метран»: ТСП Метран-206, ТХА Метран-201 [12].

ТСП Метран-206 имеет следующие характеристики:

- Диапазон измерений (температура, 0С) от (-50) до 500;

- НСХ 100П;

- Класс допуска А;

- Материал головки полиамид стеклонаполненный ПА-66;

- Материал защитной арматуры 12Х18Н10Т;

- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP65 по ГОСТ 14254.

ТХА Метран-201 имеет следующие характеристики:

- Диапазон измерений (температура, 0С) от (-40) до 800;

- НСХ К;

- Класс допуска 2;

- Материал головки полиамид стеклонаполненный ПА-66;

- Материал защитной арматуры 12Х18Н10Т;

- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP65 по ГОСТ 14254.

Для измерения уровня используется преобразователь измерительный уровня буйковый Сапфир-22Ду-Ex искробезопасного исполнения 0ExiaIIСТ6 [11], имеющий следующие характеристики:

- Погрешность измерений, % ±0,5;

- Диапазон окружающих температур, 0С от (- 50) до 120;

- Диапазон измерений (уровень, мм) от 0 до 400, от 0 до 1600;

- Плотность измеряемой жидкости, кг/м3 от 400 до 2000;

- Предельно допустимое избыточное рабочее давление, кПа до 4000.

Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра (уровня жидкости) в стандартный токовый сигнал дистанционной передачи. Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного преобразователя. При изменении измеряемого уровня происходит изменение гидростатической выталкивающей силы, воздействующей на чувствительный элемент – буек. Это изменение через рычаг передается на тензопреобразователь, размещенный в измерительном блоке, где линейно преобразуется в изменение электрического сопротивления тензорезисторов. Электронный преобразователь преобразует это изменение в токовый сигнал.

Для определения состава контактного газа предлагается использовать промышленный многопоточный хроматограф GC 1000 Mark II фирмы ООО «Йокогава электрик» [16], имеющий следующие характеристики:

- Объект измерения газ;

- Диапазон измерений от 10 ppm до 100 %;

- Число измеряемых потоков 31;

- Количество измеряемых компонентов 255;

- Воспроизводимость ±1% шкалы;

- Температура окружающей среды от (-10) до 50 0С;

- Газ-носитель водород (давление от 500 до 700 кПа);

- Выход от 4 до 20 мА;

- Питание 220В/50 Гц.

Для преобразования выходного электрического сигнала от системы управления к клапану в пневматический сигнал предлагается использовать позиционеры во взрывозащищённом исполнении EExiaIICT6 типа 4763-10130012110 фирмы SAMSON [15], имеющие следующие характеристики:

- Диапазон хода, мм от 7,5 до 90;

- Задающая величина, мА от 4 до 20;

- Сопротивление катушки при 20 0С, Ом 250±7%;

- Воздух питания, кПа от 140 до 600;

- Характеристика линейная;

- Отклонение при установке фиксированной точки, % <1,5;

- Температура окружающей среды, 0С от (-45) до 85.

Для обеспечения безопасности цепей датчики подключаются к модулям ввода/вывода системы управления с помощью барьеров искробезопасности. Предлагается использовать барьеры искробезопасности серии HiD 2000 фирмы «Elcon Instruments» (Италия) [14].

HiD 2030SK – аналоговый вход (2 канала): обеспечивает полностью независимый (изолированный от земли и других цепей) источник питания для интеллектуальных и обычных 2-х или 3-х проводных датчиков;

HiD 2062 – аналоговый вход (2 канала): принимает входной сигнал от термоэлектрических преобразователей из опасной зоны и преобразует их в изолированный аналоговый токовый сигнал в безопасной зоне;

HiD 2072 – аналоговый вход (2 канала): принимает входной сигнал от термометра сопротивления из опасной зоны и преобразует его в изолированный аналоговый токовый сигнал в безопасной зоне;

HiD 2038 – аналоговый выход (2 канала): используется для управления электропневматическими преобразователями или другими подобными устройствами с токовым управлением, находящимися в опасной зоне.

HiD 2872 ? дискретный выход (2 канала): предназначен для управления электромагнитными клапанами, светодиодными индикаторами, аварийными звуковыми сигналами.

HiD 2842 ? дискретный вход (2 канала): сигнал опасной зоны – «сухой» контакт; сигнал безопасной зоны – 2 открытых коллектора (транзисторные выходы) в каждом канале, обнаружение повреждения линии.

Серия Elcon HiD 2000 разработана для использования совместно с системами управления технологическими процессами и состоит из набора компактных модулей барьеров искробезопасности с гальванической развязкой, предназначенных для обработки и согласования входных и выходных сигналов на технологической установке.

Для реализации блокировочных воздействий на объект управления предлагается использовать клеточно-плунжерные отсечные клапаны КМО 101 НЖ 150 а НЗ У фирмы ЛГ «Автоматика» с пневматическим приводом, в комплекте с электромагнитными клапанами (во взрывозащищённом исполнении), сигнализаторами конечных положений (на базе взрывозащищённого микропереключателя) и фильтрами-редукторами [10].

Отсечной клапан КМО 101 имеет следующие характеристики:

- Условное давление Pу, кПа 1600;

- Условный проход, мм 150;

Для трубопроводов с диаметром d>150 мм используются переходные конусы.

- Диапазон температур регулируемой среды, 0С от 40 до 225;

- Материал 12Х18Н10Т;

- Класс герметичности по ГОСТ 9544-93 А;

- Исходное положение плунжера нормально закрытое;

- Температура окружающей среды, 0С от (-40) до 70;

3.2.2 Обоснование выбора микропроцессорных систем. При выборе микропроцессорной системы управления технологическим процессом необходимо соблюдать перечисленные в пункте 3.1. требования.

Сравним микропроцессорные комплексы, представленные на российском рынке, по некоторым техническим характеристикам и выберем наиболее подходящий (см. Таблица 2).

Имеющийся выбор контроллерных комплексов позволяет найти нужное техническое решение для конкретных различных условий [3]:

-большая память для программ пользователя - комплекс Freelance 2000;

-высокое быстродействие – комплекс «APACS+»;

-возможность повышения надежности за счет резервирования - комплекс Freelance 2000, «APACS+»;

-возможность распределения блоков ввода/вывода по производству – комп-лекс «APACS+».

-наибольший гарантийный срок службы - комплекс «APACS+».

Таблица 2 - Характеристики контроллеров

Фирмы

Rockwell Automation

Moore Products

Bailey Hartman&Braun

1

2

3

4

серии контроллеров

SLC 500

Apacs

Freelance 2000

память

16-64 кслова

4Мб

8 Мб

число входов/ выходов

256-960 общих, из них 96 аналоговых

400-500 общих

832 дискретных или 416 аналоговых

промышленные сети

DH+, DH485, Ethernet

ModulNet, Modulbus,

DigiNet-Ethеrnet

полевые сети

нет

IOBUS

модуль DLM

порты

RS232

2 RS232

RS232C/ 485

резервирование

нет

есть

резерв ЦПУ

окружающая температура,0С

0-55

0-60

0-50

окружающая влажность, %

5-95

0-95

<75

SCADA -программа

открыт RSView 32

открыт In Touch

cобственная SCADA

гарантия в месяцах

18- с момента поставки или 12- с момента включения

36 – с момента поставки

12- с момента включения


Выбираем многоуровневую распределенную систему «APACS+» фирмы Moore Products Company», решающую все функции управления: логическое управление механизмами, регулирование и программное управление технологическими агрегатами и позволяющая создавать структуры различной архитектурной сложности, что придает ей исключительную гибкость.

При выборе системы управления также учитывается тот факт, что в цехе уже существует многоуровневая распределенная система «APACS+», это дает возможность к наращиванию существующей системы, и ведет к экономии денежных средств.

В состав многоуровневой системы входит полностью интегрированный програмно-аппаратный комплекс противоаварийной защиты «QUADLOG», что позволяет использовать данные системы безопасности в стратегии управления технологическим процессом.

Сетевая структура комплекса достаточно полно обеспечивает требования разных автоматизируемых объектов и включает следующие шины и модули (Лист №2 ДП 2102 00 022 05 ГЧ):

  1. IOBUS – шина ввода/вывода, обеспечивающая двухстороннюю связь модулей ввода/вывода с модулями управления;

  2. MODULBUS – магистраль модулей, которая обеспечивает связь между модулями управления и верхним пультом управления;

  3. ACM – микропроцессорный усовершенствованный управляющий модуль для реализации задач управления, является базовым элементом системы «APACS+». Модуль ACM может обмениваться информацией по шине IOBUS с любым модулем ввода-вывода, а через магистраль MODULBUS он может взаимодействовать с другими управляющими, вычислительными и коммуникационными модулями компьютерной управляющей сети;

  4. CCM – контрольный модуль критических операций для реализации задач технологических блокировок, является базовым элементом системы противоаварийной защиты «QUADLOG». Модуль CCM может обмениваться информацией по шине IOBUS с любым модулем ввода/вывода, а через магистраль MODULBUS он может взаимодействовать с другими управляющими, вычислительными и коммуникационными модулями компьютерной управляющей сети;

  5. SAM – стандартный аналоговый модуль ввода-вывода, взаимодействующий с контроллером «APACS+» через шину IOBUS. SAM обеспечивает обработку 32-х каналов, каждый канал может быть сконфигурирован как аналоговый вход или выход, или дискретный вход или выход;

  6. CDM – критический дискретный модуль, входит в семейство модулей ввода/вывода критического управления и противоаварийных защит «QUADLOG». Этот конфигурируемый модуль может обмениваться информацией с модулями ССМ системы «QUADLOG» через шину IOBUS. К свойствам модуля относится обеспечение безопасного управления выходными каналами, обнаружение коротких замыканий в сигнальной цепи канала, обнаружение обрывов в кабельных соединениях, обеспечение индивидуальной защиты каналов модуля от коротких замыканий. В модуле CDM 32 канала ввода/вывода, каждый из которых может быть сконфигурирован как дискретный вход, дискретный выход или дискретный импульсный выход;

  7. VIM – модуль ввода сигналов напряжения. Это интеллектуальный микропроцессорный модуль, к которому подключаются входные сигналы напряжения и сигналы термопар (до 16 каналов). Модуль VIM обеспечивает связь с управляющим модулем «ACМ» через шину IOBUS. Основные особенности модуля: повышает точность измерений, обеспечивает быструю реакцию системы на обгорание (прожог) термопар благодаря наличию конфигурируемой функции автоматического реагирования на эти отказы, индивидуально изолированные входные каналы обеспечивают лучшую защиту от коротких замыканий [9].

3.2.3 Операторский уровень. Выбор ЭВМ должен отвечать требованиям программного обеспечения.

В качестве пакета для разработки и эксплуатации прикладных систем автоматизации предполагается использовать пакет Process Suite Control в операционной среде Microsoft Windows NT 4.0 Rus (Service Pack 4.0). Для работы с программным обеспечением необходим компьютер, не ниже Pentium II 350 MHz PC, 128Mb RAM, 4 Mb Video, HDD 6,4 Gb, 10/100 Ethernet, NT 4.0, MBI Card, CKS Integrated Keyboard & Trackball, 19” монитор профессиональной серии.





Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ДП 2102 00 022 05 ПЗ



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