Проектирование асутп перекачки и нагрева жидкости

Название	Проектирование асутп перекачки и нагрева жидкости
Дата	24.11.2022
Размер	1.17 Mb.
Формат файла
Имя файла	Kursovoy_Proekt_Davletshin_R_N_8161-22.docx
Тип	Пояснительная записка #809216

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

Институт управления, автоматизации и информационных технологий
Кафедра АССОИ

Направление 09.03.01

Группа 8161-22

Аннотация к курсовому проекту на тему:

«Проектирование АСУТП перекачки и нагрева жидкости»

В ходе курсового проекта были построены функциональные схемы автоматизации упрощённым, развёрнутым способами, по стандарту ANSI-ISA, а также схема привязки комплекса технических средств к объекту. В расчётной части были выполнены технологические расчёты времени процесса, расчёты и выбор трубопроводов и расходомеров в соответствии с вариантом задания.

Разработчик: студент группы 8161-22

Давлетшин Р.Н.

Руководитель: Герасимов А.В

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Институт управления, автоматизации и информационных технологий

Факультет управления и автоматизации

Кафедра автоматизированных систем сбора и обработки информации

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине: «Проектирование АСОиУ»

на тему: Проектирование АСУТП перекачки и нагрева жидкости

Исполнитель:

студент группы 8161-22

Давлетшин Р.Н.

Проверил: Герасимов А.В.

Оценка курсового проекта:________

Дата _______________

КАЗАНЬ, 2020

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Институт управления, автоматизации и информационных технологий

Факультет управления и автоматизации

Кафедра автоматизированных систем сбора и обработки информации
ЗАДАНИЕ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
по дисциплине «Проектирование АСОиУ»

студенту группы 8161-22
___________________ Давлетшин Раиль Наилевич____________________________

Срок представления работы к защите «_____» ___________________г.

Исходная информация к работе: Функциональная схема процесса. Внутренний диаметр сосудов. Высота сосудов.
Содержание работы согласно методическим указаниям по выполнению курсового проекта

Руководитель работы ________________________________________ (А.В.Герасимов)

Задание принял к исполнению «___»____20__ г. ____________________( Р.Н .Давлетши

Описание процесса перекачки и нагрева жидкости 7

Введение

SCADA (диспетчерский контроль и сбор данных) - это система автоматизации управления, которая используется в таких отраслях, как энергетика, нефть и газ, вода, электроэнергия и многие другие. Система имеет централизованную систему, которая контролирует целые объекты, от промышленного предприятия до комплекса предприятий по всей стране.

Система SCADA работает с сигналами, которые передаются по каналам, чтобы предоставить пользователю дистанционное управление любым оборудованием в данной системе. Он также реализует распределенную базу данных или базу данных тегов, которая содержит теги или точки по всему заводу. Эти точки представляют собой одно входное или выходное значение, которое контролируется или контролируется системой SCADA в централизованной диспетчерской. Точки хранятся в распределенной базе данных в виде пар «значение-время».

Хотя эти системы упрощают данную инфраструктуру, их компоненты довольно сложны. Существует пять основных составляющих системы SCADA:

Человеко-машинный интерфейс (HMI)

Система надзора

Единицы удаленного терминала (RTU)

Программируемые логические контроллеры (ПЛК)

Инфраструктура связи

HMI обрабатывает данные от каждого тега и отправляет их оператору-человеку, где он может контролировать систему. Система контроля собирает данные, отправленные из каждого тега, и отправляет команды или операции

процессу. RTU соединяют датчики и преобразуют свои сигналы в цифровые данные и отправляют их в систему контроля, где они могут храниться в распределенной базе данных. ПЛК используются в качестве полевых устройств, поскольку они гораздо более универсальны и экономичны, чем специализированные RTU. Наконец, коммуникационная инфраструктура обеспечивает подключение к системе контроля, а затем к RTU и ПЛК, чтобы пользователь мог командовать. Инфраструктура связи необходима для передачи данных от удаленных RTU / PLC, которые проходят вдоль электрических сетей, систем водоснабжения и трубопроводов. Коммуникация является абсолютным наиболее важным звеном для правильной работы системы SCADA; однако то, насколько хорошо система управляет связью от HMI до RTU и ПЛК, в основном определяет, насколько успешной может быть система SCADA.

Система SCADA предназначена для:

Более точного контроля процесса, стабильного качество продукции и снижение уровня брака;

Сокращения действия оператора, чтобы сосредоточить внимание на разработке более эффективных решений для управления процессом;

Программа контролирует правильность разработки удаленных команд, тем самым сокращая количество ошибок, допущенных оператором;

Автоматическое обнаружение и предупреждение аварийных ситуаций и аварийных ситуаций;

Предоставлять персоналу достаточную и необходимую информацию в форме различных отчетов;

Анализ факторов, которые влияют на качество готового продукта.

Описание процесса перекачки и нагрева жидкости

Курсовой проект выполняется в редакторе базы каналов Scada системы TraceMode.Исходя из варианта задания нужно разработать математическую основу в редакторе базы каналов и составить графическую схему в редакторе представления данных.

Схема процесса показана на рисунке 1. Она включает два сосуда, соединенные трубопроводом, на котором определённым образом установлены вентили, насос, нагреватели и расходомеры.

На схеме приняты следующие обозначения: С1 – сосуд 1, С2 – сосуд 2, В1 – вентиль 1,. В2 – вентиль 2, В3 – вентиль 3, Н1 – нагреватель 1, Н2 – нагреватель 2, Q1 – расходомер на входе в первый сосуд, Q2 – расходомер на входе во второй сосуд, Q3 – расходомер на выходе из второго сосуда, Т1 – термометр 1, Т2 – термометр 2, h1 – уровень воды в первом сосуде, h2 – уровень воды во втором сосуде.

Для варианта 35 технологический процесс выглядит следующим образом:

а) Открываются В1 и В2, включается насос.

б) Начинают заполняться С1 и С2. Расход через Q1 –160 л/с. Расход через Q2 –70 л/с.

в) После достижения h1=3м закрывается В1, отключается насос, закрывается В2, включаются Н1 и Н2.

г) После достижения T2=50C выключается Н2, После достижения T1=50C выключается Н1.

д) Открываются В2 и В3, включается насос. Расход через Q2 – 160 л/c. Расход через Q3 – 100 л/c.

е) После полного слива воды закрывается В3.

ж) Повторяются пункты (а-е) до момента выхода из программы.

Внутренний диаметр сосудов – 1м. Высота сосудов – 4м. Мощность нагревателей задается пользователем, исходя из удобства визуализакции процесса.

Начальное состояние системы – оба сосуда пустые, все вентили закрыты, нагреватели отключены, температура воды 20С.

Рисунок 1- Схема процесса.

Расчёт технологических параметров

Расчёт времени, за которое процесс пройдёт 1 цикл. Для упрощения задачи технологический процесс можно разделить на несколько операций:

1.Заполнение сосуда C1 и C2 расходом Q1=160л/c; Расход через Q2 –70 л/с.

2. После достижения h1=3м закрывается В1, отключается насос, закрывается В2, включаются Н1 и Н2.

3.Полный слив воды из С1 и С2 с расходом Q3=100 л/c Q2 – 160 л/c.

Тогда время расчёта процесса будет таким:

Где t_i–время отдельной операции, n-кол-во операций.

Сначала рассчитаем время заполнения первого сосуда до 2 метров:

Где ,q-разность расходов жидкости поступающей и удаляемой из сосуда,t-время

Где V,H,D- обьем высота и диаметр сосуда.

Перевод размерности из л/с в м^3/с:

Q1=0,16 м^3/с Q2=0.07 м^3/с Q3=0.1 м^3/

Расчёт времени технологического процесса

1.Время t₁ первого этапа-время заполнения сосуда С1 до 3м,

t₁= (3,14*1*3)/(4*0.09)=26.1 c

2. Время t₂ второго этапа-время полного слива воды из С2 и С1 (3,14*1*3)/(4*0.1)=23.55 c

Таким образом, общее время одного цикла технологического процесса равно:

T_общ= 26.1+23.55=49.65 c

Расчёт и выбор трубопроводов

Формула для расчёта диаметра сечения трубопроводов выглядит следующим образом:

Где, Q- расход жидкости, протекающей по трубопроводу, w-скорость движения жидкости[ОПК-1].

Пусть скорость движения жидкости w будет равна 2м/с.

Рассчитаем диаметры трёх трубопроводов:

F₁=0.16/2=0.08

D₁

F₂=0.07/2=0.035

D₂

F₃=0.1/2=0.05

D₃

Выбираем диаметр условного прохода из ряда трубопроводов по ГОСТ28338-89 Соединение трубопроводов и арматура. Номинальные диаметры. Ряды:

D1=300мм D2= 200мм

D3=300мм

Расчёт и выбор расходомера

Расход жидкости можно вычислить по уравненную

Где,a=1-градуировочный коэффициент сужающего устройтсва,m=1-модуль сужающего устройства,p-плотность среды

Из выражения получим формулу для перепада давления

По ней рассчитаем значение перепадов давления для каждого расходомера:

=127Па

=125Па

=126Па

Визуализация процесса с помощью SCADA системы

Создание экранов APM.

Проиллюстрировать создание системы автоматизации необходимо путём проектирования необходимо создать информационную базу проетка – каналы по аргументам разрабатываемых шаблонов экранов и программ, дополняя основной подход методами автопостроения и связывания каналов.[ОПК-1].

Нужно воспользоваться встроенной библиотекой компонентов. Скопировать файл из директории TRACEMODE в tmdenev.scf в папку с программой Tracemode.В качестве стиля разработки должен быть выбран нормальный режим Стандартной версии. Перейти в Библиотеку компонентов. Где находятся необходимы для разработки графические объекты. Сохранённые обьекты содержат ресурсы, необходимые для того чтобы в дальнейшей разработки подобрать необходимый набор графических элементов- изображений клапанов , обьектов и тд.

Рисунок 2.

Необходимо перенести в результаты проекта с помощью механизма drag and draw, как показано ниже.

Рисунок 3.

Далее необходимо на создаваемом экране отобразить технологические параметры нашего процесса.

В соответствии с заданием необходимо назначить аргумент шаблону экрана участка перекачки воды-на созданном шаблоне экрана и выбор из соответствующего списка.

Рисунок 4.

Здесь, в слое ресурсов, создайте группу изображений для размещения в ней текстур, которые будут использоваться на разработанном графическом экране.

Рисунок 5.

В группе Picture создайте новый компонент Image_Library # 1.

Рисунок 6.

Дважды щелкните LK, чтобы открыть вновь созданную библиотеку для редактирования. Чтобы заполнить его, используйте значки на панели инструментов. В открывшемся диалоговом окне выбора файла для импорта укажите подкаталог ... \ Lib \ Texture. Выберите все файлы и нажмите кнопку «Открыть».

Рисунок 7.

Содержимое библиотеки Image_Library # 1 станет:

Рисунок 8.

Используя описанный выше метод, создайте библиотеку «Анимация» group-Video_Library_Library # 1 в слое «Ресурсы». Наполните его содержимым ... \ Lib \ Animation.

Рисунок 9.

Из всех видеоклипов, отображаемых в библиотеке, мы будем использовать только Fluid_blue, а остальные можно удалить с помощью значка на панели инструментов после выбора видеоклипа LC.

Количество текстур и видеоклипов, доступных в библиотеке, варьируется в зависимости от используемой версии интегрированной среды разработки (базовой или профессиональной).

Практически любой формат файла avi или mng можно использовать как видеоклип.

После выполнения подготовительных мероприятий мы сохраним нашу работу, нажав LK и указав имя QS2.prj.

Перейдите на слой Screen_ Templates и создайте в нем компонент Screen # 1.

Рисунок 10.

На созданном экране будут отображены технические параметры секции термообработки, из которой мы выполним задачу по поддержанию рабочей температуры. Переименуйте это, чтобы нагреть обработанную область. Мы также создадим экраны для настройки параметров контроллера потока, хранилища и области дозирования. Переименуйте их соответственно:

Рисунок 11.

В соответствии с условными обозначениями конструкции, мы присваиваем параметры шаблону экрана секции термообработки, щелкните созданный шаблон экрана, затем выберите «Свойства» в раскрывающемся списке и перейдите на вкладку «Параметры». Далее необходимые параметры создаются с помощью значков и задаются их имена, типы, типы данных, значения по умолчанию, привязки, флаги и т. д.

Рисунок 12.

Те параметры, значения которых будут отображаться на экране, относятся к типу IN, тогда как параметры, установленные с помощью клавиатуры AWP, будут отображаться на экране и в конечном итоге отправляться на ПК-контроллер типа OUT или IN \ OUT. В процессе автоматического построения канала на основе шаблона параметры автоматически связываются с атрибутами реального и входного значения канала, соответственно.

Рисунок 13.

Закройте форму свойств экрана, нажав. Для непосредственного создания и редактирования содержимого экрана дважды щелкните его мышью LC. Установите текстуру фона экрана на metal_011. Для этого выберите пункт «Сервис» в «Настройках экрана» в главном меню. В открывшемся диалоговом окне укажите изображение в качестве типа фона и metal_011 из текстуры в библиотеке.

При нажатии кнопки «Готово» фон графического экрана меняется на заданный фон.

Используйте графический объект (GO), хранящийся в библиотеке и вызываемый значком на панели инструментов.

Помимо графического элемента (GE) объемных каналов и текста, мы создадим статическую часть экрана. Пример представления показан ниже.

Рисунок 14.

Следующим шагом необходимо создать каналы по параметрам разработанных шаблонов экранов.

В данном проекте использовались 2 узла RTM ,отдельно для ST программы и отдельно для FBD, должно получиться следующее:

Рисунок 15.

Рисунок 16.

Рисунок 17.

Рисунок 18.

Программа на языке “ТЕХНО-FBD”.

FBD (функциональная блок-схема) - это графический язык программирования стандарта МЭК 61131-3. Предназначен для программирования программируемых логических контроллеров (ПЛК). Программа формируется из списка цепей, выполняемых последовательно сверху вниз. Цепочка может быть помечена. Инструкции по преобразованию меток позволяют изменять порядок цепей в соответствии с условиями программы и циклами.

При программировании также используется набор библиотечных блоков и проприетарных блоков, которые также написаны на FBD или других языках МЭК 61131-3. Блок (элемент) - это подпрограмма, функция или функциональный блок (И, ИЛИ, НЕ, триггер, таймер, счетчик, блок обработки аналогового сигнала, математическая операция и т. Д.).

Программа исполняется контроллером слева направо и сверху вниз, циклически.FBD представляется нагляднее, чем в текстовых языках.

На рисунке 19 отображается наша программа на языке FBD.

Рисунок 19.

Программа на языке “ТЕХНО-ST”.

Structured Text (ST) является языком программирования стандарта IEC61131-3. Предназначен для программирования промышленных контроллеров и операторских станций. Широко используется в программных пакетах SCADA / HMI / SoftLogic. Структура и синтаксис наиболее близки к языку программирования Pascal. Это удобно для написания больших программ и работы с аналоговыми сигналами и числами с плавающей запятой.

Листинг программы:

PROGRAM

VAR_INOUT h1 : REAL; END_VAR

VAR_INOUT h2 : REAL; END_VAR

VAR_OUTPUT v1 : BOOL; END_VAR

VAR_OUTPUT v2 : BOOL; END_VAR

VAR_OUTPUT v3 : BOOL; END_VAR

VAR_OUTPUT nasos : BOOL; END_VAR

VAR_INOUT step : INT; END_VAR

VAR_INOUT T1 : INT; END_VAR

VAR_INPUT Temp : BOOL; END_VAR

VAR_INOUT T2 : INT; END_VAR

VAR_INOUT Q1 : INT; END_VAR

VAR_INOUT Q2 : INT; END_VAR

VAR_INOUT Q3 : INT; END_VAR

if step==0 then

v1:=true; v2:=true;Temp:=false; v3:=false; nasos:=true; step:=1;T1:=20;T2:=20;Q1:=160;Q2:=70;Q3:=0;

end_if;

if h1>=3 and step==1 then

v1:=false;Temp:=true; step:=2; Q1:=0;Q2:=0;

IF T1 < 50 and T2<50 THEN

WHILE T1 < 50 and T2<50 DO

T1:= T1 + 1; T2:= T2 + 1;

END_WHILE;

END_IF;

end_if;
if T1==50 AND T2==50 and step==2 then

Temp:=false; v2:=true; v3:=true; nasos:=true; step:=3;Q2:=160; Q3:=100;

end_if;

if h2<=0 and h1<=0 and step==3 then

v3:=false; v2:=false; step:=0;Q3:=0;

end_if;

h1=h1+4*(0.16*v1-0.07*v2)/26.1;

h2=h2+4*(0.1*v2-0.16*v3)/49.65;

END_PROGRAM

Аргументы, которые должны отображаться на экране, в программе отображаются в специальном редакторе в разделе Аргументы.Обьявленные переменные автоматически заполняются в код программы.

Заключение

В ходе данного курсового проекта были построены функциональные схемы автоматизации упрощённым ,развёрнутым способами, по стандарту ANSI/ISA, а также схема привязки комплекса технических средств к обьекту[ПК-5].

В расчётной части были выполнены технологические расчёты времени процесса, расчёты и выбор трубопроводов и расходомеров в соответствии с заданием.

Также были изучены основы SCADA систем, получены навыки работы в программной системе TRACEmode,в которой была построена мнемосхема установки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.TRACEMODE 6. Руководство пользователя.

2.Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП. –С-Пб.:Деан,2006г. -551с.

3.Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП.Проектирование и разработка-М.:Издательство Инфра-Инженерия,2015-928с.

4. Федоров Ю.Н. Порядок создания,модернизация и сопровождения АСУТП-М.:Издательство Инфра-Инженерия,2015-576c.

5.ГОСТ 2.303-68 ЕСКД.Начертания и основные назначения линий.

6. ГОСТ 2.721-74 ЕСКД.Обозначения условные графические в схемах.Обозначения общего применения

7. ГОСТ 2.785-70 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.Арматура трубопроводная.

8. ГОСТ 2.784-96 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Элементы трубопроводов.

9. ГОСТ 10704-91 - Трубы стальные электросварные прямошовные.

10. ГОСТ 21.408-2013 Система проектной документации для строительства (СПДС). Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов

11. ГОСТ 21.208-2013 Система проектной документации для строительства (СПДС). Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах

12. ГОСТ 21.401-88. Технология производства. Основные требования к рабочим чертежам

Приложение 1

1.ОПК-1 способность инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем;

2.ОПК-4 способность участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов;

3.ПК-5 способность сопрягать аппаратные и программные средства в составе информационных и автоматизированных систем;