чясячсячс. Дипломная работа тема работы Автоматизация системы управления подготовкой сырья на нефтеперерабатывающем заводе
 Скачать 1.85 Mb.
|
|
3.3 Комплекс аппаратно-технических средств Комплекс аппаратно-технических средств (КАТС) АСУ ТП производственного цикла подготовки сырья включает в себя: измерительные и исполнительные устройства, контроллерное оборудование, коммутационную аппаратуру, а также системы сигнализации и вспомогательное оборудование. Измерительные устройства осуществляют сбор информации о технологическом процессе. Исполнительные устройства преобразуют электрическую энергию в механическую или иную физическую величину для осуществления воздействия на объект управления в соответствии с выбранным алгоритмом управления. Контроллерное оборудование обрабатывает сигналы, поступающие с измерительных устройств, осуществляет алгоритмы управления и выполнение задач вычисления, выдает сигналы управления на исполнительные устройства. 3.3.1 Выбор контроллерного оборудования АСУ ТП блока подготовки сырья НПЗ выполнена на базе программно- технического комплекса SIMATIC S7-300 фирмы Siemens (Германия). Данная система построена по модульному принципу, что обеспечивает замену компонентов или расширение ее без влияния на работу других частей системы. Связь между локальным контроллером и контроллером верхнего уровня (коммуникационным) осуществляется на базе интерфейса Ethernet. Рисунок 3.1 – Контроллер Siemens SIMATIC S7-300 40 Siemens SIMATIC S7-300 – это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности. Модульная конструкция SIMATIC S7-300, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства. Эффективному применению контроллеров Siemens SIMATIC S7-300 способствует: возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода- вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей, и коммуникационных процессоров. Контроллеры Siemens SIMATIC S7-300 имеют модульную конструкцию и могут включать в свой состав: – Модуль центрального процессора (CPU); – Модули блоков питания (PS); – Сигнальные модули (SM); – Коммуникационные процессоры (CP); – Функциональные модули (FM); – Интерфейсные модули (IM). Все модули работают с естественным охлаждением. Выбранный ПЛК (Siemens SIMATIC S7-300 с процессорным модулем CPU315-2 PN/DP) удовлетворяет следующим параметрам: 1. Периферийные устройства (дисплей, принтер): не используются. 2. УСО ввода/вывода: 8 каналов ввода аналоговых сигналов и 1 канал вывода аналоговых сигналов (модуль ввода/вывода SM 334), 4 канала 41 ввода дискретных сигналов (модуль ввода/вывода SM 323) (все унифицированные токовые сигналы). 3. Алгоритмы управления включают в себя числовые и битовые операции. 4. Общий объем манипуляций для одного ПЛК: не менее 100 команд. 5. Управление ПЛК: по прерываниям, по готовности или по командам человека. Необходимо управлять как минимум одним устройством. 6. Контроль и управление следующих типов I/O-устройств: сенсоры (температура, давление, уровень, вибрация). 7. Питания контроллера: напряжение 230В от сети переменного тока. 8. Отказоустойчивость источник напряжения: высокой. 9. Возможность ПЛК работы при напряжении сети питания технологической площадки: есть. 10. Удерживание напряжения в узком фиксированном диапазоне изменений: есть. 11. Рабочий ток: 140 мА. 12. Возможность работы контроллера от сети: есть. 13. Возможность работы контроллера от батарей: есть. 14. Время работы батареи без перезарядки: не менее 24 часов в рабочем режиме и не менее 12 месяцев при работе в режиме ожидания. 15. Ограничения по размеру, весу, эстетическим параметрам: нет. 16. Требования к условиям окружающей среды: – температура: -40 o C до +70 o C; – атмосферное давление: от 1080 гПа до 660 гПа (соответствует высоте от -1000 м до 3500 м); – относительная влажность: от 10% до 95%, без конденсации. 17. Пользовательское программное обеспечение базируется на: флеш- памяти (Flash EPROM). АС работает в режиме реального времени и для этого необходимо приобрести ядро программ реального времени. 18. Для развития собственного ядра программ персонала и времени: не достаточно. 42 19. Степень защиты – IP-65 по ГОСТ 14254-96 «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP)». Блок-схема УСО ПЛК представлена на рисунке 3.2. LI PI П ро ц ес со рн ы й м од ул ь М од ул ь ан ал ог ов ог о вв од а ( A I) М од ул ь д ис кр ет но го в во д а (D I) М од ул ь ан ал ог ов ог о вы во д а (A O ) М од ул ь д ис кр ет но го вы во д а (D O ) Уставка, задание 4-20 mA Датчики 4-20 mA Внутренняя шина обмена данными KL 27 31 28 32 Вкл, выкл 24 VDC 220VAC Рисунок 3.2 – Блок-схема УСО ПЛК Технические характеристики процессорного модуля CPU315-2 PN/DP приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1 – Технические характеристики модуля Технические параметры Значение Минимальное время выполнения логических операций/ операций со словами 0,1/0,2 мкс арифметических операций с фиксированной/ плавающей точкой 2/3 мкс Типы интерфейсов RS 485, PROFINET, Ethernet Напряжение питания номинальное =24В допустимое 20,4...28,8 В Потребляемый ток холостой ход 100 мА Номинальный 0,8 А Пусковой 2,5 А Потребляемая мощность 3,5 Вт Габариты ШхВхГ (мм) 80х125х130 Масса (кг) 0,46 Диапазон рабочих температур -40...+70 о С 43 Технические характеристики модуля ввода/вывода аналоговых сигналов SM 334 и модуля ввода/вывода дискретных сигналов SM 323 приведены в таблице 3.2. Таблица 3.2 – Технические характеристики модуля Технические параметры Значения Модуль ввода/вывода дискретных сигналов SM 323 Габариты ШхВхГ (мм) 40х125х120 Масса (кг) 0,26 Количество входов 16 Количество выходов 16 Длина кабеля (обычного/экранированного), не более 600м/1000м Фронтальный соединитель 40-полюсный Напряжение питания номинальное значение =24В допустимый диапазон изменений 20,4…28,8 В Количество одновременно опрашиваемых входов 16 Гальваническое разделение есть Потребляемый ток, не более 80мА Потребляемая мощность 6,5Вт Индикация состояний входов и выходов 1 зеленый диод на каждый канал Модуль ввода/вывода аналоговых сигналов SM 334 Габариты ШхВхГ (мм) 40х125х120 Масса (кг) 0,2 Количество входов 4 Количество выходов 2 Длина экранированного кабеля, не более 100м Фронтальный соединитель 20полюсный Напряжение питания нагрузки =24В Питание датчиков есть 44 Защита от неправильной полярности есть Гальваническое разделение есть Защита датчиков от короткого замыкания есть Потребляемый ток, не более 80мА Потребляемая мощность 2Вт Параметры аналого- цифрового преобразователя принцип измерения интегрирование Разрешающая способность, включая знаковый разряд 12бит настройка параметров интегрирования есть время интегрирования 20мс Базовое время ответа модулю 350мс Параметры цифро- аналогового преобразователя Разрешающая способность, включая знаковый разряд 12бит Время преобразования на канал, не более 500мкс Время установки выходного сигнала, не более 0,8мс Выбор данной модели контроллера объясняется его архитектурой и характеристиками: возможность увеличения количества портов ввода/вывода, большое разнообразие модулей практически для любых назначений. Наличие собственной среды для разработки ПО делает работу с ним проще и удобнее. Данный контроллер удовлетворяет требованиям по временным характеристикам отработки воздействий. Контроллер и его модули хорошо зарекомендовали себя на производстве. Источник питания SIEMENS SITOP POWER=24B/10A. От надежности работы источников питания зависит отказоустойчивость всей системы управления в целом. В АСУ ТП цеха НПЗ для обеспечения бесперебойным стабилизированным питанием устройств, требующих внешнего питания 45 напряжением 24 В постоянного тока используется источник питания SIEMENS SITOP POWER=24В/10А (рисунок 3.3). Рисунок 3.3 – Внешний вид источника питания SIEMENS SITOP POWER=24В/10А 3.3.2 Выбор контрольно-измерительной аппаратуры 3.3.2.1 Датчик избыточного давления Метран-150TG Для измерения этого параметра выбирается датчик Метран-150TG. Преобразователь с сенсорным модулем на базе емкостной ячейкой для измерения разности давлений, избыточного, абсолютного давлений с верхними пределами измерений от 0,025 до 27580 кПа. Улучшенный дизайн и компактная конструкция. Поворотный электронный блок и ЖКИ. Высокая перегрузочная способность. Защита от переходных процессов. Внешняя кнопка установки "нуля" и диапазона. Непрерывная самодиагностика. Таблица 3.3 – Технические характеристики датчика Измеряемые среды Газ, жидкость, в т.ч. нефтепродукты, пар Диапазон измеряемых давлений 0,025 - 27580 кПа Выходные сигналы 4-20 мА с Hart-протоколом; экономичный 0,8-3,2; 1-5 В с цифровым сигналом на базе HART-протокола; Основная допустимая погрешность ±0,5%; Перенастройка диапазона 150:1 46 Температура окр. среды -40 … +80 °С IP (Степень защиты от воздействия пыли и влаги) IP66 Поворот корпуса/ поворот ЖКИ ±180° / ±360° Рисунок 3.4 – Внешний вид датчика давления Метран-150TG 3.3.2.2 Датчик температуры Метран-281 Интеллектуальные преобразователи температуры (ИПТ) Метран-281 предназначены для точных измерений температуры в составе автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Использование ИПТ допускается в нейтральных, а также агрессивных средах, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким. Рисунок 3.5 – Внешний преобразователя температуры Метран-281 Связь ИПТ Метран-281 с АСУ ТП осуществляется: по аналоговому каналу - передачей информации об измеряемой температуре в виде постоянного тока 4-20 мА; по цифровому каналу - в соответствии с HART-протоколом. 47 Для передачи сигнала на расстояние используются 2-х-проводные токовые линии. Высокая точность Высокая стабильность метрологических характеристик Выходной сигнал 4-20 мА/HART Цифровая передача информации по HART-протоколу Использование 2-х-проводных токовых линий для передачи сигналов Дистанционные управление и диагностика Внесены в Госреестр средств измерений под №23410-06, сертификат №24979, ТУ 4211-007-12580824-2002 Свидетельство о взрывозащищенности электрооборудования №02.187 Метран 280Exia, №02.188 Метран 281Exd Сертификат соответствия №РОСС RU.ГБ06.В00126 требованиям ГОСТ Р 51330.0, ГОСТ Р 51330.1, ГОСТ Р 51330.10 Межповерочный интервал 2 года Модернизированные ИПТ Метран-281-1 o гальваническая развязка входа от выхода; o повышенная защита от электромагнитных помех; o программируемые уровни аварийных сигналов и насыщения; o конструктив электронного преобразователя обеспечивает высокую надежность при длительной эксплуатации; o сокращен минимальный поддиапазон измерений 3.3.2.3 Вибрационный сигнализатор уровня Rosemount 2100 Радарный уровнемер серии 2100 (рисунок 3.6) предназначен для проведения бесконтактных измерений уровня в промышленных, складских и прочих резервуарах. 48 Рисунок 3.6 – Внешний вид сигнализатора уровня Rosemount 2100 Исходя из требований технологического процесса выбрана модель датчика Rosemount 2100. Основные технические характеристики модели приведены в таблице 3.4. Таблица 3.4 – Технические характеристики уровнемера Rosemount 2100 Технические характеристики Значение Вид взрывозащиты Exd IICT5, IICT6 Степень защиты корпуса датчика не менее IP 65 Электрический подключение Namur (Exd) Технологическое подключение Внешняя резьба G3/4. Включить в комплект поставки фланец Ду 200 с внутренней резьбой G3/4, исполнение 1 по ГОСТ 12815-80 Срок эксплуатации не менее 20 лет Гос. поверка да Межповерочный интервал 4 года Условия гарантии не менее 24 месяцев с даты получения оборудования на склад производителя 3.3.2.5 Датчик уровня Rosemount-5300 Для измерения уровня жидкости в резервуаре применяется волноводный уровнемер Rosemount-5300 с выходом по току 4-20мА. Рисунок 3.7 – Внешний вид датчика уровня Rosemount-5300 49 Основные технические характеристики модели приведены в таблице 3.5. Таблица 3.5 – Технические характеристики индикатора уровня Rosemount-5300 Технические характеристики Значение Измеряемые среды жидкие (нефть, темные и светлые нефтепродукты, вода, водные растворы, сжиженный газ, кислоты и др.), сыпучие (пластик, зольная пыль, цемент, песок, сахар, злаки и т.д.) Диапазон измерений уровня от 0,1 до 50 м Межповерочный интервал 2 года Выходные сигналы 4-20 мА с цифровым сигналом на базе HART-протокола, RS485, Modbus Уровнемеры Rosemount серии 5300 обладают высокой чувствительностью, обусловленной усовершенствованной обработкой сигнала и высоким отношением сигнала к уровню помех, что позволяет работать в условиях помех различного происхождения. 3.3.2.4 Вихревой расходомер Rosemount 8800D Вихревые расходомеры Rosemount 8800D (рисунок 3.8) предназначены для измерения расхода и количества газа, пара или жидкости. Исходя из условий технологического процесса была выбрана модель датчика Rosemount 8800DF040SD1N2D1I8M5Q4YRV0033. Основные технические характеристики модели приведены в таблице 3.6. Рисунок 3.8 – Внешний вид вихревого расходомера Rosemount 8800D Таблица 3.6 – Технические характеристики расходомера Rosemount 8800D Технические характеристики Значение Тип расходомера вихревой Тип исполнения датчика фланцевый Присоединительный диаметр, мм 100 Материалы, контактирующие со средой нержавеющие стали кованная 316L и литая CF-3M 50 Продолжение таблицы 3.6 Фланцы DIN PN 16 2526 – Type D Диапазон температуры среды, °С от минус 40 до плюс 232 (стандартный) Типоразмер резьбы кабельного ввода М20х1,5 Выходной сигнал 4-20 мА (HART) Калибровка по семи точкам Диапазон измерений, м 3 /ч 0 … 5600 Напряжение питания, VDC 24 3.3.2.5 Инфракрасный точечный газовый извещатель GD10-P00 Датчик загазованности GD10-P00 (рисунок 3.9) обеспечивает эффективное реагирование на обнаружение газоопасности в промышленных условиях. Данные извещатели используют полупроводниковые источники ИК- излучения на основе кремния. Крайне быстрая реакция и не имеющий себе равных срок службы и стабильность работы – качество датчиков от компании Simtronics. Рисунок 3.9 – Внешний вид датчика загазованности GD10-P00 Основные технические характеристики датчика загазованности GD10- P00 приведены в таблице 3.7. Таблица 3.7 – Технические характеристики GD10-P00 Технические характеристики Значение Метод обнаружения загазованности поглощение инфракрасного излучения Погрешность измерения не более 3 % (от 0 до 50 % НКПР) не более 5 % (от 50 до 100 % НКПР) Система забора пробы конвекционная, непрерывная Электропитание от ПАЗ 24 В Выходной сигнал 4-20 мА HART Электрическое соединение трехпроводное Заводская калибровка + Солнцезащитный козырек + Степень защиты обеспечиваемая оболочкой не менее IP65 Вид взрывозащиты d Гарантийный срок службы не менее 5 лет Срок службы ИК-сенсора не менее 15 лет 51 3.3.2.6 Сигнализатор пламени Durag D-LX 200 Компактный монитор пламени D−LX 200 (рисунок 3.10) состоит из оптического датчика пламени и блока управления, расположенных в одном корпусе. Датчик пламени преобразует световой сигнал пламени в электрический сигнал, а блок управления обеспечивает самоконтроль, оценивает сигнал пламени и сообщает результат. Основные технические характеристики модели приведены в таблице 3.8. Рисунок 3.10 – Внешний вид компактного монитора пламени D−LX 200 Таблица 3.8 – Технические характеристики монитора пламени D−LX 200 Технические характеристики Значение Диапазон работы от УФ до ИК Конструкция датчика компактного исполнения, с ндикатором, с кнопочным интерфейсом Режим работы непрерывный Функция самодиагностики + Электрическое подключение питание – 24 VDC, сухой контакт сигнализации погасаня горелки, передача данных интенсивности пламени горелки по RS-485 (протокол Modbus RTU) Принадлежности смотровое устройство, светодиодный индикатор, УФ и ИК тестовый источник света, шаровой юстировочный фланец, изолирующая вставка, шаровой запорный кран, клеммный бокс Взрывозащита Exi IICT5, IICT6 Степень защиты корпуса датчика не менее IP 65 Срок эксплуатации не менее 20 лет Гос. поверка да Межповерочный интервал 4 года Условия гарантии не менее 24 месяцев с даты получения оборудования на склад производителя HART-коммуникатор 1 шт. 52 3.3.3 Нормирование погрешности канала измерения Нормирование погрешности канала измерения выполняется в соответствии с РМГ 62-2003 «Обеспечение эффективности измерений при правлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации». В качестве канала измерения выберем канал измерения расхода. Требование к погрешности канала измерения не более 1 %. Разрядность АЦП составляет 16 разрядов. Расчет допустимой погрешности измерений расходомера производится по формуле (4.1): (4.1) где - требуемая суммарная погрешность измерения канала измерений при доверительной вероятности 0,95; – погрешность передачи по каналу измерений; – погрешность, вносимая АЦП; – дополнительные погрешности, вносимые температурой окружающего воздуха, помехами различного вида, давлением измеряемой среды и другими факторами соответственно. Погрешность передачи по каналу измерений устанавливается рекомендациями: Погрешность, вносимая 16-тиразрядным АЦП, рассчитывается следующим образом: При расчете также учитываются дополнительные погрешности, вы- зываемые влиянием: температуры окружающего воздуха; помех различного вида; 53 давления измеряемой среды; других факторов. Дополнительная погрешность, вносимая влиянием температуры окружающего воздуха, устанавливается рекомендациями: Дополнительная погрешность, вносимая помехами различного вида, устанавливается рекомендациями: Дополнительная погрешность, вносимая давлением измеряемой среды, устанавливается рекомендациями: Дополнительная погрешность, вносимая остальными факторами, устанавливается рекомендациями: Таким образом, подставив в формулу (4.1) полученные значения, рассчитаем допустимую основную погрешность расходомера: В итоге видно, что основная погрешность выбранного датчика расхода не превышает допустимой расчетной погрешности. Следовательно, прибор пригоден для использования. |