чясячсячс. Дипломная работа тема работы Автоматизация системы управления подготовкой сырья на нефтеперерабатывающем заводе
 Скачать 1.85 Mb.
|
|
3.3.4 Выбор исполнительных механизмов Исполнительным устройством (ИУ) называется устройство в системе управления, непосредственно реализующее управляющее воздействие со стороны регулятора на объект управления путем механического перемещения регулирующего органа (РО). 54 Регулирующее воздействие от исполнительного устройства должно изменять процесс в требуемом направлении для достижения поставленной задачи – оптимизации и (или) стабилизации качества регулируемой величины. Исполнительным устройством в проектируемой системе являются задвижки, оснащенные электроприводами, стоящие на всасывающих и нагнетательных трубопроводах. В качестве способа регулирования расхода будем использовать метод дросселирования (рисунок 3.11). FE FZ FT FC FY Кл НС Датчик Рисунок 3.11 – Управление расходом посредством дросселирования: НС – насос (компрессор); Кл – рабочий орган с исполнительным механизмом FZ; FE-FT-FC-FY – контур регулирования расхода (F) Для управления задвижками используются взрывозащищенные электроприводы ELESYB V-01-L-4,5-18000, которые можно крепить к арматуре 100 мм. Рисунок 3.12 – Внешний вид привода V-01-L-4,5-18000 55 Для регулирования потока воды на напорных линиях применяются мощные приводы в исполнении ELESYB V-01-L-4,5-18000. Для управления потоком на всасывающих линиях используются менее мощные приводы в исполнении VH.10-XX, отличия которого от первого варианта отражены в таблице 3.9. Таблица 3.9 – Характеристики электропривода ELESYB V-01-L-4,5-18000 Номинальное напряжение питание от сети переменного тока, частотой (50) Гц, В 380 Предельное отклонение напряжения питания, % от -40 до +30 Маркировка взрывозащиты 1ExdIIBT4 Степень защиты, обеспечиваемая оболочкой IP65 Срок службы, лет 30 Тип исполнения Линейный Номинальный крутящий момент на выходном звене, Нм 18000 Скорость перемещения, мм/c 4.5 Мощность электродвигателя, кВт 0,55 Максимальное усилие на маховике ручного дублера, Н 80 Масса, кг 45 Таблица 3.10 – Отличительные характеристики электропривода Номинальный крутящий момент на выходном звене, Нм 900 Номинальная частота вращения выходного звена, об/мин. 1,80 Мощность электродвигателя, кВт 0,25 Масса, кг 43 Регулирующий клапан показан на рисунке 3.13. Рисунок 3.13 – Клапан КМР ЛГ с позиционером Sipart PS2 и фильтром 56 Таблица 3.11 – Технические характеристики клапана Техническая характеристика Значение Условное давление Ру, МПа 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0; 16,0 Условный проход, мм 10; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200; 250; 300 Пропускная характеристика равнопроцентная, линейная; расширенный диапазон регулирования Диапазон температур регулируемой среды 40/-60... + 225°С, -40/-60... + 450°С, -40/... +500/550/600/650°С, -90/-200... + 225°С Диапазон температур окр. среды -40/-50/-60… + 70°С, Исходные положения плунжера клапана НО – нормально открытое; НЗ – нормально закрытое Присоединительные размеры фланцев по ГОСТ 12815-80 (ответные фланцы с шипом исполнение №4 или другое по заказу) или по ANSI , под приварку Материал корпуса сталь 20, углеродистые низкотем-пературные стали, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т,специальные сплавы Материал дроссельной пары 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, специальные сплавы; Класс герметичности для регулирующих клапанов по ГОСТ 23866-87(по DIN) По ГОСТ выше IV (по DIN – V) Класс герметичности по ГОСТ 9544-93 В-С (А – по специальному заказу) 57 3.4 Разработка схемы внешних проводок Схема соединений внешних проводок выполнена в соответствии с ГОСТ 21.408-2013. РМ 4-6-92 – это комбинированная схема, на ней изображены электрические и трубные связи между приборами и средствами автоматизации, установленными на технологическом, инженерном оборудовании и коммуникациях, вне щитов и на щитах, а также связи между щитами, пультами, комплексами или отдельными устройствами комплексов. Эта схема показывает соединения составных частей изделия (установки) и определяет провода, жгуты, кабели или трубопроводы, которыми осуществляются эти соединения, а также места их присоединений и ввода (разъемы, платы, зажимы и т.п.). Схема внешней проводки приведена в Приложении Г. Для передачи сигналов от датчиков температуры на щит КИПиА используются по 4 провода, а для датчиков давления, расхода и уровня – 3 провода. В качестве кабеля, выбран КВВГ. Это – кабель с медными токопроводящими жилами с пластмассовой изоляцией в пластмассовой оболочке, с защитным покровом и предназначен для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам и распределительным устройствам номинальным переменным напряжением до 660 В частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В при температуре окружающей среды от -50°С до +50°С. Медные токопроводящие жилы кабелей КВВГ выполнены однопроволочными. Изолированные жилы скручены. Для прокладки кабеля будем использовать специальные трубы, для защиты от внешних факторов, таких как пыль, грызуны и др. 58 4 Разработка алгоритмов управления Разработка алгоритмов управления преследует следующие цели: – повышение уровня информированности персонала и достоверности данных по состоянию технологического оборудования; – повышение качества ведения технологического режима и его безопасности; – повышение оперативности действий персонала; – улучшение экологической обстановки на объекте; – повышение надежности управления объектом. Функционирование алгоритмов позволяет обрабатывать входные сигналы, и команды оператора, поступающие с АРМ оператора, а также выдавать управляющие воздействия на исполнительные механизмы и сообщения оператору. Входной информацией для алгоритмов является: – конфигурационные данные ПЛК; – значения аналоговых и дискретных сигналов, поступающих на модули ввода ПЛК с датчиков и преобразователей; – данные поступающие по интерфейсу; – данные, формируемые при управлении технологическим оборудованием с АРМ оператора. Кроме этого отдельные алгоритмы используют данные, полученные в результате функционирования других алгоритмов. Принятая модель построения АСУ ТП соответствует реальному процессу и обеспечивает последовательную работу ее частей (исполнительных механизмов) в следующих режимах: – автономное включение, настройка и проверка сети контроллеров; – включение, настройка, проверка и запуск системы контроля и управления; – текущая работа системы в режимах: 59 a) местном (ручном); b) дистанционном; c) автоматическом; d) настройки; – восстановление работы системы. При представлении алгоритмов в виде блок-схем использованы следующие элементы: – начало алгоритма (точка входа); – конец алгоритма (точка выхода); – ветвление по условию: Да – действие при выполнении условия, Нет – действие при невыполнении условия; – выполняемые действия; – переход на метку (перекрестную ссылку) другой страницы или продолжение алгоритма с другой страницы; – вызов предопределенного процесса (подпрограммы); – формирование сообщения оператору. Конец Начало 60 4.1 Алгоритм управления электрозадвижкой Входными сигналами состояния являются сигналы «Открыта», «Закрыта», «Отказ». Выходными сигналами являются сигналы «Открыть», «Закрыть», «Стоп», «Местное управление», «Дистанционное управление». Если сигналы «Открыта» и «Закрыта» активны одновременно, формируется сигнализация «Ошибка состояния электрозадвижки». Если активен сигнал «Отказ», формируется сигнализация «Отказ привода электрозадвижки». Если сигналы «Открыта» и «Закрыта» неактивны одновременно, задвижка находится в положении «Промежуточное». По команде «Открыть» выходной сигнал «Открыть» устанавливается в активное состояние на заданное время. При этом задвижка начинает двигаться в сторону открытия. Команда считается выполненной, когда состояние сигнала «Открыта» становится активным. Если за заданное время сигнал «Открыта» не переходит в активное состояние, формируется сигнализация «Отказ открытия электрозадвижки». Команда «Открыть» разрешена, если установлен дистанционный режим, не выполняется команда «Закрыть», нет активных сигнализаций «Ошибка состояния электрозадвижки», «Отказ привода электрозадвижки». По команде «Закрыть» выходной сигнал «Закрыть» устанавливается в активное состояние на заданное время. При этом задвижка начинает двигаться в сторону закрытия. Команда считается выполненной, когда состояние сигнала «Закрыта» становится активным. Если за заданное время сигнал «Закрыта» не переходит в активное состояние, формируется сигнализация «Отказ закрытия электрозадвижки». Команда «Закрыть» разрешена, если установлен дистанционный режим, не выполняется команда «Открыть», нет активных сигнализаций «Ошибка состояния электрозадвижки», «Отказ привода электрозадвижки». 61 По команде «Стоп» значение выходного сигнала «Стоп» устанавливается в активное состояние на время, достаточное для разрыва цепи пускателя и снятия самоподхвата. Команда «Стоп» разрешена, если установлен дистанционный режим. Управление положением задвижки осуществляется в местном и дистанционном режимах. Управление задвижкой в дистанционном режиме предусматривает либо открытие, закрытие и останов открытия или закрытия по командам оператора с панели управления задвижкой или по условию, либо автоматическое управление задвижкой (для задвижек с автоматическим управлением). В местном режиме дистанционное управление задвижкой блокируется, и управление осуществляется по месту. Установка дистанционного режима осуществляется командой «Дистанционный». В результате выполнения команды сигнал «Дистанционное управление» устанавливается в активное состояние, сигнал «Местное управление» устанавливается в неактивное состояние. Дистанционный режим является основным. Установка местного режима осуществляется командой «Местный». В результате выполнения команды сигнал «Местное управление» устанавливается в активное состояние, сигнал «Дистанционное управление» устанавливается в неактивное состояние. В местном режиме дистанционное управление задвижкой блокируется. Входами алгоритма являются сигналы, приведенные в таблице 4.1. Таблица 4.1 – Входы алгоритма Обозначение Тип данных Описание vlv_on bool Состояние электрозадвижки «Открыта» vlv_off bool Состояние электрозадвижки «Закрыта» vlv_mask bool Режим электрозадвижки «Маскирование» включен t_o_pusk bool Пуск сторожевого таймера на открытие электрозадвижки t_o_reach bool Срабатывание таймера на открытие электрозадвижки t_o_reset bool Сброс сторожевого таймера на открытие электрозадвижки t_c_pusk bool Пуск сторожевого таймера на закрытие электрозадвижки t_c_reach bool Срабатывание таймера на закрытие электрозадвижки t_c_reset bool Сброс сторожевого таймера на закрытие электрозадвижки 62 Выходами алгоритма являются сигналы, приведенные в таблице 4.2, а также сигнализации и сообщения оператору. Таблица 4.2 – Выходы алгоритма Обозначение Тип данных Описание vlv_open bool Управляющий сигнал задвижки «Открыть» vlv_close bool Управляющий сигнал задвижки «Закрыть» На рисунке 4.1 представлена блок-схема алгоритма открытия электрозадвижки (подпрограмма «Открытие электрозадвижки») и блок-схема алгоритма закрытия электрозадвижки (подпрограмма «Закрытие электрозадвижки»). Начало vlv_open := 1 t_o_pusk := 1 vlv_on t_o_reach Сигнализация: отказ открытия электрозадвижки t_o_reset := 1 Конец нет да да нет Начало vlv_close := 1 t_c_pusk := 1 vlv_off t_c_reach Сигнализация: отказ закрытия электрозадвижки t_c_reset := 1 Конец нет да да нет Рисунок 4.1 – Блок-схема алгоритма открытия электрозадвижки (слева) и блок- схема алгоритма закрытия электрозадвижки (справа) 63 4.2 Алгоритм управления насосом Алгоритм предназначен для управления насосом. Входным сигналом состояния является сигнал насоса «Включен», «Дистанционное управление», «Местное управление». Выходными сигналами являются сигналы «Пуск», «Стоп». Управление насосом осуществляется как по месту, так и дистанционно с АРМ оператора. Если сигналы «Дистанционное управление» и «Местное управление» активны одновременно, формируется сигнализация «Ошибка режима управления насосом». Дистанционное управление насосом с АРМ оператора блокируется. При неактивном сигнале «Дистанционное управление» и неактивном сигнале «Местное управление» режим управления насосом не определен. В местном режиме управления дистанционное управление насосом с АРМ оператора блокируется. Управление осуществляется кнопками по месту. Управление насосом в дистанционном режиме предусматривает запуск, останов насоса по командам оператора с панели управления насосом. Производится опрос состояния насоса. Если насос работает, то производится опрос команды «СТОП» с АРМ оператора. При получении команды производится останов насоса. Если насос не работает, то производится опрос команды «ПУСК» с АРМ оператора. При получении команды производится пуск насоса. Предаварийный останов насоса осуществляется, если при пуске насос не вышел на рабочий режим за заданное время (давление на выкиде насоса не достигло рабочего значения). Значения уставок времени пуска, останова, выхода насоса на режим, а также рабочего давления уточняются во время пусконаладочных работ в соответствии с инструкцией по эксплуатации насоса. Входами алгоритма являются сигналы, приведенные в таблице 4.3. 64 Таблица 4.3 – Входы алгоритма Обозначение Тип данных Описание Pump_Mask bool Режим насоса «Маскирование» включен Pump_On bool Состояние насоса «Включен» Pump_Remote bool Режим управления насосом «Дистанционное управление» Pump_Loc bool Режим управления насосом «Местное управление» Pump_Pusk_cmd bool Нажата кнопка «ПУСК» с АРМ оператора Pump_Stop_cmd bool Нажата кнопка «СТОП» с АРМ оператора Pump_Block bool Условие на останов насоса Ts_Pusk bool Запуск таймера контроля времени набора давления на выкиде насоса Ts_Reach bool Срабатывание таймера выхода насоса на рабочий режим по давлению Ts_Reset bool Перезапуск таймера выхода насоса на рабочий режим по давлению Pwrk bool Давление на выкиде насоса достигло рабочего значения T_ON bool Запуск таймера контроля времени на включение насоса T_ON_Reach bool Срабатывание таймера контроля времени на включение насоса T_ON_Reset bool Перезапуск таймера контроля времени на включение насоса T_OFF bool Запуск таймера контроля времени на отключение насоса T_OFF_Reach bool Срабатывание таймера контроля времени на отключение насоса T_OFF_Reset bool Перезапуск таймера контроля времени на отключение насоса Выходами алгоритма являются сигналы, приведенные в таблице 4.4, а также сигнализации и сообщения оператору. Таблица 4.4 – Выходы алгоритма Обозначение Тип данных Описание Pump_Start bool Управляющий сигнал задвижки «Пуск» Pump_Stop bool Управляющий сигнал задвижки «Стоп» На рисунке 4.2 представлена блок-схема алгоритма пуска насоса (подпрограмма «Пуск насоса»). На рисунке 4.3 представлена блок-схема алгоритма останова насоса (подпрограмма «Останов насоса»). На рисунке 4.4 представлен алгоритмический модуль «Контроль состояния и дистанционное управление насосным агрегатом». 65 Рисунок 4.2 – Блок-схема алгоритма пуска насоса 66 Рисунок 4.3 – Блок-схема алгоритма останова насоса Рисунок 4.4 – Алгоритмический модуль состояния насоса 67 4.3 Разработка программно-алгоритмического обеспечения Simatic Step 7 – программное обеспечение фирмы Siemens для разработки систем автоматизации на основе программируемых логических контроллеров Simatic S7-300. Программирование в Simatic Step 7 было проведено с помощью LAD линейных диаграмм. LAD (Ladder Diagram) – релейные диаграммы. Редактор отображает программу в графическом представлении, похожем на электрическую монтажную схему. Логические схемы позволяют программе имитировать протекание электрического тока от источника напряжения через ряд логических условий на входах, которые активизируют условия на выходах. Источником напряжения выступает шина, находящаяся слева. Основными элементами являются нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты. Соответственно, замкнутые контакты позволяют потоку сигнала протекать через них к следующему элементу, разомкнутые контакты — препятствуют протеканию потока сигнала. Логика делится на сегменты, т.н. нэтворки (Network), программа исполняется слева направо и сверху вниз. Особенностями редактора LAD является простота в использовании и понимании для начинающих программистов. На рисунке 4.5 реализован алгоритм управления электрозадвижкой с помощью ПО Simatic Step 7 на языке релейно-контактной логике LAD. 68 Рисунок 4.5 – Алгоритм управления электрозадвижкой на LAD, Step 7 (лист 1 из 2) 69 Рисунок 4.6 – Алгоритм управления электрозадвижкой на LAD, Step 7 (лист 2 из 2) 70 5 Экранные формы АСУ ТП Управление в АСУ ТП блока термической подготовки нефтебитума НПЗ реализовано с использованием SCADA-системы WinCC. Эта SCADA-система предназначена для использования на действующих технологических установках в реальном времени и требует использования компьютерной техники в промышленном исполнении, отвечающей жестким требованиям в смысле надежности, стоимости и безопасности. SCADA-система WinCC обеспечивает возможность работы с оборудованием различных производителей с использованием ОРС-технологии. Другими словами, выбранная SCADA- система не ограничивает выбор аппаратуры нижнего уровня, т. к. предоставляет большой набор драйверов или серверов ввода/вывода. Это позволяет подключить к ней внешние, независимо работающие компоненты, в том числе разработанные отдельно программные и аппаратные модули сторонних производителей. |