99743

Автоматизация биохимической установки на ОАО Кокс

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Функциональные требования, которые включают в себя перечень функций, выполняемых АСУ ТП (автоматического регулирования, сбора и обработки данных, сигнализации, защиты, блокировки, включения и отключения оборудования) и основные характеристики этих функций, представленные в табличной форме;

Русский

2016-10-10

288 KB

1 чел.

Министерство образования и науки Российской

Федерации

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Кафедра «Автоматизация производственных процессов и АСУ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Автоматизация пищевых производств»

на тему «Автоматизация  биохимической установки на ОАО «Кокс»

Выполнил: студент гр. АМ-71

Кугат С.А.

Проверил: доцент кафедры

АПП И АСУ

Кандидат техн. наук, доц. Чупин А.В.

Кемерово 2011г.

  1.  Анализ технологического процесса как объекта

управления

Анализ технологического процесса как объекта автоматизации является начальным этапом создания системы автоматического управления технологическим аппаратом. Он проводится на основании априорной информации о технологическом процессе и аппарате, которая содержится в технической литературе и других источниках. В результате проведенного анализа инженер по автоматизации технологических процессов должен четко представлять перечень задач, которые будут решаться при автоматизации технологического процесса, знать требования, предъявляемые к различным системам автоматизации.

1.1 Характеристика, описание и режимы работы объекта

автоматизации

Технологический объект управления – это совокупность технологического оборудования (аппараты, агрегаты и т.д.) и реализованного на нем технологического процесса. Процессы пищевых и химических производств весьма сложны и многообразны. Они различаются по используемому сырью, способам переработки сырья и материалов, аппаратурному и конструктивному оформлению. Однако, с точки зрения технологии и автоматизации, в разных процессах имеется много общего.

 Аммиачная вода с аммиачных колонн ЦУХП№1, вместе с водой ПКЦ (температура которых находится в диапазоне 0-150°С) подается во все работающие АМВ№1-3. В состав установок входят три АМВ. Аппарат АМВ№1 содержит четыре испарительные камеры с конденсаторами, охлаждаемыми водой. Испарительные камеры всех аппаратов соединены последовательно по испаряемой воде, которая циркулирует в замкнутом контуре, нагреваясь в конденсаторах регенерационных ступенях АМВ и в паровом подогревателе перед испарением.  Нагрузка на работающие аппараты распределяется автоматически шаровыми кранами (2FSV1, 2FSV2, 3FSV2, диапазон расхода которых равен 0-120м3/ч), относительно одного, в котором расход выставляется оператором. Выбор ведущего аппарата производится оператором, со щита управления. Охлажденная вода (диапазоном температуры 0-100°С) со всех аппаратов поступает в общий коллектор. Температура воды в общем коллекторе регулируется за счет изменения разрежения на всех аппаратах. Далее вода сливается в ресиверы №1 и №2. Ресивер - сосуд для скапливания газа или пара, поступающего в него и расходуемого через трубы меньшего сечения, а также для сглаживания колебаний давления, вызываемых пульсирующей  подачей и прерывистым расходом. Уровень в ресиверах находится в диапазоне 0-5м. После ресиверов, аммиачная вода поступает в преобразователи частоты ЧП. В случае аварийной остановки АМВ вцелом, предусматривается дистанционное открытие клапана сброса воды HSV4 в аварийные емкости. Расход сброшенной воды определяется как разница между поступившей из ЦУХП№1 и поступившей в усреднитель. Образовавшийся пар отводится в конденсатор испарителя в АМВ, где конденсируется потоком основного конденсата. В испарительную камеру поступает оборотная и техническая вода, диапазон температур которой 0-100°С, расход регулируется клапанами и находится в диапазоне 0-250м3/ч. Воздух вытягивается из испарительный камер насосами. Неиспарившаяся техническая и оборотная вода частично сбрасывается (диапазон температур 0-150°С).

Аппараты мгновенного вскипания (АМВ) предназначены для испарительного охлаждения и нагрева жидкостей, концентрирования водных растворов и получения дистиллята.
Аппарат содержит полую камеру испарения и теплообменную поверхность со сборником дистиллята. В установках мгновенного вскипания, как правило, используется несколько испарительных ступеней с конденсаторами, соединенных последовательно, противопотоком по нагреваемой (охлаждающей), и охлаждаемой (испаряемой) средами. Это позволяет повысить тепловую эффективность установки (степень охлаждения и нагрева сред) и снизить ее металлоемкость. Количество ступеней определяется располагаемым перепадом температур на одной ступени по условиям парообразования и требуемого количества дистиллята. Конструктивное устройство и материальное исполнение аппаратов определяется их назначением и требуемой мощностью установки. Аппараты мгновенного вскипания относятся к нестандартизированному оборудованию, разрабатываемому под конкретный объект.

Использование аппаратов мгновенного вскипания дает следующие преимущества: минимальное количество хим. реагентов, применяемых для коррекции водно-химического режима защиты от накипи и коррозии и, как следствие, минимальный сброс солей с отходами, возможность использования различных источников тепловой энергии, в том числе дешевого низкопотенциального тепла, возможность многоцелевого использования, например, для получения обессоленной воды и подогрева технологических сред, переработки сточных вод.

Пуск аппаратов мгновенного вскипания для установки кругового фосфатного способа (КФС) позволит снизить температуру газа, что улучшит работу конечного охлаждения коксового газа и всего бензольного отделения. А новый аппарат мгновенного вскипания во втором цехе кроме того будет использоваться для охлаждения воды до биохимической установки в летнее время. Имеющихся мощностей для этого не хватало. Кроме того, установка нового оборудования позволит в любое время принимать продувки с котлов парокотельного цеха, что принесет значительную экономию технической воды, поступающей на завод.

1.2 Технические требования к АСУ ТП

Технические требования к проектирующей системе автоматизации рекомендуется разбить на следующие группы:

- функциональные требования, которые включают в себя перечень функций, выполняемых АСУ ТП (автоматического регулирования, сбора и обработки данных, сигнализации, защиты, блокировки, включения и отключения оборудования) и основные характеристики этих функций, представленные в табличной форме;

- требования к комплексу программно-технических средств автоматизации, который будет использован для реализации АСУ ТП (данные требования определяются условиями эксплуатации технических средств, требованиями к их компоновке на щитах, пультах, в шкафах и т. д.);

- требования к надежности, долговечности АСУ ТП, срокам окупаемости капитальных затрат на автоматизацию и т. д.

1.2.1. Требования к структуре АСУ ТП

1) АСУТП должна обрабатывать информацию и осуществлять управление в темпе протекания технологического процесса.

2) Система должна иметь (по возможности) территориально и функционально распределенную структуру, т.е. технические средства должны быть распределены по производству, а функции управления по всем микропроцессорным средствам.

3) Система условно должна быть разделена на уровни: контроллерный (управляющий) и диспетчерский (верхний).

Программно-технические средства контроллерного уровня образуют управляющую подсистему, а диспетчерского - информационно-вычислительную.

Назначение управляющей подсистемы – реализация функций измерения, дистанционного управления, технологических защит и блокировок, автоматического регулирования, функционально-группового управления, связи с подсистемой верхнего уровня. Подсистему образуют контроллеры, датчики, исполнительные механизмы, преобразователи, на которых осуществляется управление функциональными технологическими узлами (аппаратами, агрегатами и т.д.).

Назначение подсистемы верхнего уровня – реализация информационно-вычислительных (включая интерфейс диспетчера) и сервисных функций, связь с подсистемой нижнего уровня и другими станциями (для неоперативного персонала). В подсистему верхнего уровня входят рабочие станции для организации автоматизированных рабочих мест (АРМ ) диспетчера, инженера АСУ ТП, серверы баз данных и приложений.

Средства верхнего (реже нижнего) уровня могут быть подключены к  общезаводской сети и сети Internet для обеспечения связи с неоперативными потребителями информации (руководством цеха, производства, предприятия и т.д.).

1.2.2 Требования к показателям надежности системы

Требования к показателям надежности устанавливаются в соответствии с ГОСТ 24.701-86, ГОСТ 27.002-89, ГОСТ 27.003-90 и РД 34.35.127-93 с учетом сложившейся отечественной практики нормирования показателей надежности разрабатываемых и внедряемых АСУТП.

Состав и количественные значения показателей надежности могут быть заданы для системы в целом или ее подсистем.

В качестве показателей аппаратной надежности всего комплекса технических средств (КТС) принимаются:

- коэффициент готовности системы, т.е. вероятность того, что КТС окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов профилактического и капитального ремонтов;

- показатель суммарного потока повреждений системы, требующих привлечения ремонтного персонала.

Значение коэффициента готовности должен лежать в пределах (0,97 - 0,99).

Для всего КТС АСУ ТП, включая функцию технологических защит, показатель суммарного потока повреждений, как правило, не превышает 0,04 (1/час).

Показателем безотказности КТС, кроме подсистем технологических защит, принимается среднее время наработки на отказ.

Показателями безотказности для подсистемы технологических защит принимаются:

- вероятность несрабатывания защиты при запросе;

- вероятность ложного срабатывания.

Показателем ремонтопригодности принимается среднее время восстановления устройств, реализующих определенную функцию, после отказа. При этом считается, что индицируемые средствами самодиагностики отказы устраняются при восстановительном ремонте немедленно (при обнаружении), а не индицируемые - при плановом техническом обслуживании. Цикл планового технического обслуживания КТС АСУ ТП должен быть 3 месяцев.

Для каналов КТС, реализующих конкретные функции, кроме технологических защит, рассматриваются канальные, групповые и полные отказы.

Безотказное функционирование КТС поддерживается также программным обеспечением (ПО), которое должно включать развитую систему самодиагностики. Структура самодиагностики должна быть иерархичной и распространяться вплоть до единичных каналов. Должна быть обеспечена дальнейшая диагностика в автоматизированном режиме вплоть до модулей (элементов замены). Функциональная надежность должна обеспечиваться, помимо диагностики исправности аппаратных средств, контролем правильности хранения, передачи данных и управляющих воздействий. Наряду с самодиагностикой программируемых устройств, ПО должно обеспечивать, по возможности, максимально полную диагностику подключенных непрограммируемых средств, в том числе датчиков.

Оценка надежности при разработке системы должна выполняться аналитическим путем (согласно РТМ 25.376-80 «АСУ ТП - аналитические методы оценки надежности», что дает нижнюю оценку показателей надежности, МУ 25.678-84 «Аналитическая оценка показателей надежности АСУ ТП».). При проведении проектной оценки надежности АСУ следует использовать данные по надежности её элементов, приведенные в документации разработчиков и изготовителей.

1.2.3 Требования к функциям, выполняемым системой

По режимам работы функции системы делятся на:

  •  оперативные функции, которые связаны с текущим управлением, сбором, представлением информации и диагностикой в темпе протекания технологического процесса;
  •  неоперативные функции, которые не связаны жестко с реальным временем и заключаются в обработке, хранении, передаче и представлении информации, используемой в неоперативном управлении, планировании, обслуживании, ремонте и т.д.

1.2.3.1 Информационно-вычислительные функции

  1.  Информационные функции (задачи), выполняемые автоматически (по инициативе системы) в темпе протекания технологического процесса:
    •  сбор, первичная обработка и регистрация информации о технологическом процессе и состоянии технологического оборудования;
    •  сбор и регистрация информации о состоянии исполнительных механизмов, схем автоматического управления, регулирования и технологических защит;
    •  отображение информации на мониторах и приборах, установленных на пультах (щитах) управления и по месту;
    •  технологическая сигнализация (ТС).
  2.  Информационные функции (задачи), выполняемые по запросам персонала:
  •  представление на мониторах оперативной информации: мнемосхем, графиков, таблиц, и т.п.;
  •  распечатка оперативных отчетных документов: графиков, таблиц и т.п.;
  •  выдача сообщений о ходе выполнения программ функционально-группового управления;
  •  фиксация содержимого мгновенной базы данных.

Требования к отдельным информационно-измерительным каналам представляются в форме таблиц 1 - 6.

Таблица 1 – Требования к информационным функциям АСУ ТП.

Наименование контролируемой технологической  переменной

Диапазон измене-ния, абс. единицы

Точность контроля на контрол-лерном и диспетч. уровне, абс. ед.

Место и способ пред-ставления

технологи-ческой переменной

Примечание (характеристика среды, требования к конструкции преобразователя и т.д.)

1) Температура воды с ПКЦ.

0-150 С

1/2С

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная.

2) Температура аммиачной воды из цеха улавливания 1

0-150 С

1/2С

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная (присутствие аммиака).

3) Температура аммиачной воды на выходе из аппаратов мгновенного вскипания АМВ№1-3

0-100 С

1/2С

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная (присутствие аммиака).

4) Температура оборотной и  технической воды на входе в паровые подогреватели аппаратов АМВ№1-3

0-100 С

1/2С

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная.

5) Температура оборотной и  технической воды на выходе из паровых подогревателей аппаратов АМВ№1-3

0-150 С

1/2С

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная.

6) Давление в испарительных камерах аппаратов АМВ№1-3

-100-0 кПа

1/2кПа

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная (присутствие аммиака).

7) Расход аммиачной воды на входе в аппараты АМВ№1-3

0-120 м3/ч

1/2 м3

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная (присутствие аммиака).

8) Расход оборотной и  технической воды на входе в паровые подогреватели аппаратов АМВ№1-3

0-250 м3/ч

2/3 м3

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная.

9) Уровень в ресиверах №1,2

0-5 м

0,05/0.1 м

На экране монитора

АРМ оператора в  цифровом и графическом виде

Среда не агрессивная (присутствие аммиака).

Таблица 2 – Требования к технологической сигнализации.

Наименование системы

Предельные значения переменной, при которых возникает сигнал, абс. единицы

Тип сигнализа-ции (предупредительная или аварийная)

Вид сигнала

Примечание (величина зоны неоднознач-ности для исключения «дребезга» и т.д.)

1) Температура воды с ПКЦ.

Т>155 С

Предупредительная

Световой и звуковой

2оС

2) Температура аммиачной воды из цеха улавливания 1

Т>155 С

Предупредительная

Световой и звуковой

2оС

3) Температура аммиачной воды на выходе из аппаратов мгновенного вскипания АМВ№1-3

Т>105 С

Предупредительная

Световой и звуковой

1оС

4) Температура оборотной и  технической воды на входе в паровые подогреватели аппаратов АМВ№1-3

Т>105 С

Предупредительная

Световой и звуковой

1оС

5) Температура оборотной и  технической воды на выходе из паровых подогревателей аппаратов АМВ№1-3

Т>155 С

Предупредительная

Световой и звуковой

2оС

6) Давление в испарительных камерах аппаратов АМВ№1-3

-105>P>5 кПа

Предупредительная

Световой и звуковой

1кПа

7) Расход аммиачной воды на входе в аппараты АМВ№1-3

F>125 м3/ч

Предупредительная

Световой и звуковой

1 м3/ч

8) Расход оборотной и  технической воды на входе в паровые подогреватели аппаратов АМВ№1-3

F>255 м3/ч

Предупредительная

Световой и звуковой

2 м3/ч

9) Уровень в ресиверах №1,2

L>5 м

L>6 м

Предупредительная

Аварийная

Световой и звуковой

Световой и звуковой

0,05 м

0,05 м

Предельные значения технологической переменной при аварийной сигнализации совпадают с верхней и нижней аварийной границей «срабатывания» системы автоматической защиты (САЗ).

Таблица 3 – Требования к сигнализации состояния оборудования.

Наименование системы

Состояние оборудования, при котором появляется сигнал

Вид

сигнала, соответствующий определенному состоянию оборудования

Причина изменения состояния оборудования

Примечание (дополнительные требования к системам)

1) Сигнализация о состоянии насосов 15, 16, выкачивающих  воздух.

Насосы 15,16:

включены,

выключены

выключены

зеленое изображение насосов на экране монитора

отсутствие подсветки насосов на экране монитора

красная подсветка насосов и звуковой сигнал

команда оператора

команда оператора

срабатывание САЗ

Регистрация в базе данных момента включения и отключения насоса

2) Сигнализация о состоянии насосов 13, 14, выкачивающих  аммиачную воду из ресиверов №1,2.

Насосы 13,14:

включены,

выключены

выключены

зеленое изображение насосов на экране монитора

отсутствие подсветки насосов на экране монитора

красная подсветка насосов и звуковой сигнал

команда оператора

команда оператора

срабатывание САЗ

Регистрация в базе данных момента включения и отключения насоса

3) Сигнализация о состоянии отсечных клапанов на входе в АМВ№1-3 и HSV4

Клапаны:

включены,

выключены

выключены

зеленое изображение клапанов на экране монитора

отсутствие подсветки клапанов на экране монитора

красная подсветка клапанов и звуковой сигнал

команда оператора

команда оператора

срабатывание САЗ

Регистрация в базе данных момента включения и отключения клапанов

1.2.3.2 Управляющие функции

Управляющие функции, выполняемые автоматически,

с воздействием на технологическое оборудование:

  •  аварийное отключение объекта управления при повреждении оборудования или недопустимом отклонении параметров;
    •  переход на новый режим работы при отключении механизма или узла;
    •  поддержание параметров в пределах заданных ограничений;
    •  логическое управление отдельными узлами и установками оборудования.

Управляющие функции, выполняемые автоматически,

с воздействием на схемы управления:

  •  ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по условиям режима;
  •  включение / отключение схем на автоматическую работу по условиям режима.

Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с воздействием на технологическое оборудование:

  •  управление исполнительными механизмами с пульта управления или по месту;
  •  подмена отказавших автоматических функций;
  •  воздействие на технологический процесс в непредвиденных и предаварийных режимах.

Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с воздействием на схемы управления:

  •  выбор режима работы автоматических регуляторов;
  •  выбор очередности отключения механизмов при останове объекта управления;
  •  изменение заданий автоматическим регуляторам;
  •  ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по условиям режима;
  •  вывод защит в ремонт.

1.2.3.3 Технологические защиты и блокировки

Технологические защиты должны обеспечить автоматическое выполнение операций по останову или изменению режима работы объекта управления при недопустимом отклонении от нормы параметров технологического процесса или аварийном отключении оборудования с целью предотвращения повреждения аппарата (агрегата) и развития аварии.

Защиты не должны препятствовать работе оборудования в режимах пуска или останова объекта управления. На этих этапах должно обеспечиваться отключение технологических защит, мешающих пуску или останову.

Срабатывание технологических защит должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией. Отключение сигнализации о срабатывании защиты выполняется оперативным персоналом.

Технологические блокировки предназначены для формирования и подачи команд и запретов на исполнительные механизмы или схемы управления в соответствии с технологическими условиями.

Условия «срабатывания» конкретных защит и блокировок представляются в виде таблицы 4.

Таблица 4 – Требования к функциям автоматической защиты и блокировки

Наименование системы

Перечень возможных состояний оборудования (аппаратов, механизмов и т.д.)

Условия перехода оборудования из одного состояния в другое.

Дополнительные требования к системе

1) Автоматическая защита насосов 13,14, выкачивающих  аммиачную воду из ресиверов №1,2.

Насосы 13,14:

 

включены,

выключены

Уровень аммиачной воды в ресиверах:

L0,5м

L0,05м

Включение насоса сопровождается световой сигнализацией, а выключение - световой и звуковой сигнализацией

 

2) Автоматическая защита подшипников двигателя насосов15,16, выкачивающих  воздух.

Насосы 15,16:

 

выключены,

включены

Расход аммиачной воды в ресиверах:

Т80оС

Т75оС

Включение АЗ после аварийного «срабатывания» осуществляется по команде оператора

3) САБ стоков при отказе АМВ№1-3

Клапан HSV4:

Положение 1, открыт

Положение 2, закрыт

Положение отсечных клапанов  на входе в АМВ:

Закрыты все клапана

Открыты (хотя бы 1 клапан)

Переход клапана из одного состояния в другое сопровождается световой сигнализацией.

1.2.3.4 Дистанционное управление

Дистанционное управление должно выполнять следующие функции:

  •  управление запорной и регулирующей арматурой и механизмами;
  •  управление автоматическими регуляторами;
  •  дублирование действий технологических защит, блокировок и регуляторов при отказах соответствующих функций систем управления.

Основным средством дистанционного управления оборудованием и подсистемами АСУ ТП являются манипуляторы типа «мышь» из состава АРМ оператора (диспетчера), с помощью которых осуществляются все виды диспетчерского управления объектами.

Основные требования к системам пуска и останова оборудования рекомендуется представлять в виде таблицы, форма которой показана на рис. 5.

Таблица 5 – Требования к системам пуска и останова оборудования.

Наименование системы

Режим работы системы (местный, дистанционный и т.д.)

Место установки органов управления и их тип

Дополнительные требования к системе

1) Система пуска насосов 13,14,15,16

Дистанционный – блокированный

Местный

Диспетчерский пульт управления

Кнопочный пульт по месту установки насоса

Система сблокирована с сигнализатором уровня для насосов 13,14

2) Система пуска исполнительного механизма клапана HSV4 и отсечных клапанов на входе в АМВ№1-3

Дистанционный – блокированный

Местный

Диспетчерский пульт управления

Кнопочный пульт по месту установки клапана

1.2.3.5 Автоматическое регулирование

Для каждой системы должны быть предусмотрены:

  •  контроль положения регулирующего органа или значения выходного сигнала;
  •  возможность безударного переключения в режим автоматического регулирования;
  •  возможность изменения задания;
  •  контроль крайних положений регулирующего органа или ограничений исполнительной схемы;

- вывод информации о работе контура регулирования и положении исполнительного органа на дисплей.

Требования к качеству регулирования представляются в форме таблицы 6.

Таблица 6 – Требования к системам автоматического регулирования.

Наименование регулируемой переменной

Допустимые значения прямых показателей качества регулирования

Примечание

1) Температура аммиачной воды на выходе из аппаратов мгновенного вскипания АМВ№1-3

75-78С

1,5С

5С

15 мин

0,75

2) Расход аммиачной воды на входе в аппараты АМВ№1-3

85-90м3/ч

1,5 м3/ч

1,5 м3/ч

10 мин

0,75

3) Уровень в ресиверах №1,2

4,8-5м

0,05 м

0,15 м

3 мин

0,75

В таблице 6 приведены следующие показатели:

- заданное значение регулируемой переменной или пределы, в которых это значение может меняться (в абсолютных единицах);

,  - допустимые статическая и динамическая ошибки регулирования (в абсолютных единицах);

- допустимое время регулирования;

- допустимое перерегулирование (в %) или степень затухания переходного процесса - .

1.2.4 Требования к технической реализации АСУ ТП

Весь программно-технический комплекс АСУ ТП должен быть выполнен на базе микропроцессорных средств, надёжность которых удовлетворяет требованиям к технологической защите объекта, (реализация технологических защит является задачей высшего приоритета). При этом средства, на которых реализуются технологические защиты объекта, могут быть полностью дублированы. Такая реализация системы обеспечит унификацию решений и повышение надёжности системы в целом. Для сохранения информации в базах данных и контроллерах в систему необходимо включать источники бесперебойного питания (ИБС). Для объектов повышенной опасности мощность ИБС должна обеспечивать безаварийный останов оборудования.

Все подсистемы АСУ ТП должны допускать определенную степень модернизации, развития и наращивания в части технологического оборудования. В каждом отдельном контроллере должен быть предусмотрен резерв незадействованных каналов ввода/вывода (5 - 10%) и свободных позиций для установки дополнительных модулей ввода/вывода(10 -15%). Программируемые средства должны иметь запас по производительности, допускающий увеличение на 10-20 % всех видов входной информации и на 10-20 % - количество функций обработки без установки дополнительных контроллеров.

Скоростные характеристики сетей передачи данных и применяемые системы управления базами данных должны позволять увеличивать соответствующее количество данных с сохранением установленных параметров быстродействия обработки, передачи, отображения и регистрации информации, передачи сигналов и управляющих воздействий.

Программно-технический комплекс должен создаваться как восстанавливаемая и ремонтно-пригодная система, рассчитанная на длительное функционирование в непрерывно-дискретном режиме. Срок службы базовых элементов комплекса технических средств (КТС) должен быть не менее 10 лет. Срок службы заменяемых узлов - не менее 5 лет. Должна иметься возможность продления срока службы комплекса путем замены отслуживших элементов.

В системе должна предусматриваться функциональная реконфигурация по технологическим алгоритмам. Степень реконфигурирования при изменении технологических процессов и методов управления определяется полнотой изначально закладываемого комплекса возможных режимов функционирования, управляющих параметров, «уставок», методов обработки информации, методов регулирования и т. д.

В АСУ ТП должны быть предусмотрены возможности для автоматической диагностики программных и технических средств системы, предоставления информации об отказах и передачи структурных воздействий на другие задачи для блокирования ложной информации; возможности для первоначального и последующего конфигурирования КТС, для проведения в регламентируемых пределах отключения/подключения, проверки и замены элементов КТС, для изменения «уставок» и констант управления и обработки информации, для имитации сигналов, автоматизированной калибровки измерительных каналов, для модификации прикладного программного обеспечения; для организации санкционированного доступа в среду системы.

При выборе КТС требуется указать:

- планируемое число рабочих станций операторов и инженерного персонала;

- наличие в поставке пультов, на которые устанавливаются рабочие станции, размеры и внешний вид этих пультов (если они входят в поставку);

- наличие взаимосвязи между рабочими станциями (возможные варианты: взаимодействие отсутствует, станции связаны информационной сетью, реализуется клиент-серверная структура, при которой с контроллерами взаимодействуют серверы, а рабочие станции получают и выдают информацию через серверы);

- характеристики каждого вида рабочих станций: тип процессора, его частота, объемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и диска, число и размеры мониторов, наличие функциональной клавиатуры, наличие сенсорных экранов, наличие и тип звуковой сигнализации, тип печатающих устройств на пульте;

- характеристики серверов (если они входят в состав КТС): тип процессора, его частота, объемы ОЗУ, диска, оптического диска и записывающего компакт диска, размер монитора;

- операционные системы сетевой структуры (если она предусматривается) и средств верхнего уровня.

Возможные варианты требований заказчика к рабочим станциям:

- может быть затребовано определенное число рабочих станций операторов и инженерного персонала и указаны реализуемые на каждой из них функции;

- может быть затребована поставка пультов и указано их число и расположение на них рабочих станций;

- может быть указан определенный вариант взаимосвязи рабочих станций;

- могут быть затребованы определенные характеристики рабочих станций и серверов;

- может быть затребовано использование определенных сетевых и локальных операционных систем;

- могут быть затребованы добавочные средства для операторов; например, специальные табло аварийной сигнализации, ключи для подачи аварийных команд, отдельные аналоговые записывающие приборы, настенные щитовые мозаичные мнемосхемы, проекторы на экран, звуковые/речевые сигнализаторы, местные переносные панели, средства выдачи определенных данных на пейджеры обслуживающего персонала.

1.3 Описание существующих проектных решений

Описание существующих проектных решений по автоматизации рассматриваемого технологического процесса или аналогичных типовых технологических аппаратов в других процессах, представленных в технической литературе, патентной документации или специальных периодических изданиях, должно включать в себя структуру систем управления, использованные технические средства, достоинства и недостатки рассматриваемых систем автоматизации.

2 Разработка структуры АСУ ТП

Современные АСУ ТП представляют собой территориально и функционально распределенные системы, состоящие из отдельных узлов обработки данных, диспетчерского или операторского пункта управления цехом или производством. Количество узлов обработки данных в системе определяется особенностями цеха (производства), т.е. расположением оборудования по территории цеха, объемом задач контроля и управления технологическими участками и другими причинами. Связь между узлами обработки данных, центральным пунктом управления осуществляется по цифровым каналам, которые  в совокупности образуют промышленную сеть.

Процесс очистки сточных вод разбит на 4 части: аппараты мгновенного вскипания, биохимическая установка, воздуходувки и ступени очистки. Каждая из частей имеет свой узел питания, свои контроллеры.

2.2 Выбор технических средств на сенсорном уровне

АСУ ТП

Таблица 7 – Характеристика первичных (ПП) и нормирующих преобразователей (НП).

Наименование ПП и НП, его тип и модель

Пределы

измерения

Доп.

погр.

Допустимые

условия эксплуатации

Выходной сигнал

Примечание

(надежность,

стоимость, напряжение питания и т.д.)

1

ЭМР «Профи 222А»

0…800 м3

±1%

-10…+150°С

4-20мА

IP54, нараб. на отказ: 75 000ч, срок службы 12 лет, давление не более 2,5МПа.

2

ТС-1088/310

–50…+200 °С

±0,5%

–40…+120 °С

4-20мА

IP54, материал штуцера — сталь 12Х18Н10Т, наработка на отказ — не менее 15 000 часов, срок службы —6 лет.

3

АИР-20/М2

–0,4…+100 кПа

±0,1%

–40…+70 °С

4-20мА

IP54, срок службы —5 лет, имеют высокую перегрузочную способность до 300%

4

ДУУ-4М-ТВ

0…5М

±0,5%

-45…+75 °С

4-20мА

Плотность контролируемой среды: от 600 до 1500 кг/м3, IP54, срок службы — 8 лет.

Исполнительные устройства (ИУ), используемые в АСУ ТП, состоят из двух основных блоков: регулирующего органа (РО), непосредственно воздействующего на технологический процесс изменением количества подаваемого вещества или энергии; исполнительного механизма (ИМ), предназначенного для управления РО в соответствии командным сигналом.

Таблица 8 – Исполнительные устройства и их характеристика.

Наименование ИУ, его тип и модель

Допустимые

условия эксплуатации

Входной

сигнал

Сигнал

состояния

ИУ

Примечание

(надежность, стоимость, напряжение питания, состав ИУ и т.д.)

1

МЭОФ-250

–50…+50 °С

4-20мА

IP54, частота включений до 630 в час, напряжением 380V.

В некоторых отраслях промышленности (химической, ряде пищевых отраслей и т. д.) в производственных помещениях наблюдается повышенное содержание взрывопожароопасного газа, пыли. В этих условиях на сенсорном уровне необходимо использовать технические средства, выполненные во взрывопожаробезопасном исполнении и для связи с контроллером применять искробезопасные цепи. Для повышения взрывопожарозащищенности на сенсорном уровне можно использовать средства пневмоавтоматики. Узел обработки данных АСУ ТП на таких производствах рекомендуется размещать в отдельном помещении, а связь ПЛК с техническими средствами нижнего уровня осуществлять через искробезопасные барьеры или соответствующие разъемы контроллера. Вид взрывозащиты Exi основан на принципе ограничения предельной энергии, накапливаемой или выделяемой (рассеиваемой) электрической цепью в аварийном режиме в пределах ниже температуры воспламенения газа или пыли. Исходя из этого, при выборе искробезопасных барьеров и другой аппаратуры необходимо установить (задать) концентрацию взрывоопасного газа (пыли) в производственном помещении и по справочной литературе установить значение минимального воспламеняющего тока (МВТ). Поделив МВТ на коэффициент искробезопасности (1,5) получаем минимальное значение тока, который является предельной величиной при выборе искробезопасных барьеров и соответствующих входов/вы-ходов контроллера.

3.3. Выбор технических средств на контроллерном уровне АСУ ТП

Контроллерный уровень АСУ ТП включает в себя микропроцессорные контроллеры, устройства связи с объектом, источники бесперебойного питания и другие средства автоматизации. Основными исходными данными для выбора контроллера являются:

- число аналоговых, дискретных, импульсных сигналов, поступающих в контроллер с сенсорного уровня АСУ ТП (параметры сигналов);

- число управляющих сигналов, поступающих на исполнительные устройства сенсорного уровня от контроллеров (параметры сигналов);

- количество и сложность задач, решаемых на контроллерном уровне (в КП перечень и тип задач примерно одинаков, количество задач зависит от особенностей объекта и технического задания на проектирование);

- условия эксплуатации контроллера.

При выборе контроллера необходимо обеспечить выполнение функциональных требований к контроллерному уровню АСУ ТП при минимальной стоимости технических средств данного уровня.

Обработка всех сигналов, поступающих на контроллер, и реализация им всех управляющих функций определяется числом встроенных и наращиваемых входов-выходов, наличием в контроллере необходимого числа модулей (ввода-вывода, специальных, коммуникационных).

Обеспечение надежности функционирования технических средств контроллерного уровня определяется показателями надежности контроллера, а также возможностью резервирования модулей и плат, диагностикой состояния контроллера и другими факторами (светодиодная индикация каналов и режимов работы, наличие панели визуализации и клавиатуры, гальваническая изоляция по входам и выходам, степень защиты контроллера и др.).

При выборе контроллеров рекомендуется рассматривать (оценивать) следующие характеристики:

- технические (количество каналов ввода/вывода, быстродействие, уровни напряжения и тока входов/выходов, напряжение изоляции);

- эксплуатационные (диапазон рабочих температур, относительная влажность воздуха);

- потребительские (время выполнения операции, функциональность, время наработки на отказ, среднее время восстановления);

- затратные (стоимость оборудования, стоимость монтажа, стоимость эксплуатации);

- массогабаритные (вес, габариты).

Количество  каналов ввода/вывода контроллера должно быть на 15-20%  больше аналогичных каналов в проектируемом узле обработки данных.

Быстродействие контроллера должно обеспечивать режим реального времени на контроллерном уровне. Оно обусловлено параметрами процессорного модуля (тип и быстродействие процессора, объем памяти и пр.), наличием сопроцессора, временем выполнения логических команд, наличием часов реального времени.

Рекомендации по выбору оборудования контроллерного уровня приведены в приложении 3.

3.4. Метрологические характеристики

информационно-измерительных каналов

Данный подраздел КП должен включать в себя:

-методику расчета допустимой абсолютной погрешности информационно-измерительных каналов (ИИК);

- результаты расчета по всем ИИК, которые сводятся в таблицу 3.

Методика расчета допустимой погрешности информационно-измерительного канала может быть показана на примере расчета данной погрешности по одному или двум каналам для контроллерного и диспетчерского уровня.

Для расчёта используется выражение (5).

;                                     (5)

где - соответственно, абсолютная погрешность ИИК, первого и последнего (n) элемента комплекта.

Рассмотрим расчет допустимой погрешности ИИК на конкретном примере.

Информационно-измерительный канал включает в себя следующие элементы:

- преобразователь температуры «ТСМУ Метран-274» с унифицированным токовым сигналом 0 – 20 ма. (пределы измерения от 0 до 180 0С, класс точности – 0,5%), который используется для измерения температуры среды, изменяющейся в пределах от 0 до 1400С;

- контроллер «ADAM-5510» с модулем аналоговых сигналов «АДАМ 5017Н», имеющим основную погрешность измерения не хуже 0,1%;

- промышленную сеть на основе кабеля «Витая пара типа STP», рабочую станцию и сервер приложений.

В соответствии с рекомендациями (раздел 3.2) принимаем, что погрешность линеаризации статической характеристики термометра сопротивления составит - 0,10С.

В соответствии с требованиями к точности представления температуры на диспетчерском уровне АСУ ТП и загруженности промышленной сети принимаем, что значение апертуры составит 1,50С.

Принимаем, что потерь и искажения информации, при ее передаче по промышленной сети, при хранении в оперативной базе данных и выводе на экран монитора рабочей станции, нет.

В соответствии с требованиями технологического регламента рассматриваемого процесса допустимая погрешность составляет:

- на контроллерном уровне – 10С;

- на диспетчерском уровне – 20С.

Исходя из этого, рассчитаем абсолютную погрешность ИИК.

Абсолютная погрешность элементов:

м3;

м3;

Погрешность линеаризации – 0,1оС.

Погрешность на контроллерном уровне составляет:

м3;

При заданной апертуре (1,5оС), погрешность на диспетчерском уровне составит:

Вывод: выбранные технические средства автоматизации и используемое в программе обработки данных по температуре среды значение апертуры обеспечивают заданную точность измерения (0,91810С; 1,75820С).

Таблица 3 – Состав и метрологические характеристики информационно-измерительных каналов.

Наименование

ИИК

Элементы ИИК и их допустимая

погрешность

Допустимая погрешность ИИК

Датчик, его

допусти-

мая погрешность

Модуль

ввода, его погрешность

Погрешность

линеаризации

Погрешность,

вносимая

апертурой

Расчетная

(на контроллерном/диспетчерском

уровне)

Допускаемая регламентом

(на контроллерном/

диспетчерском

уровне)

1

2

3

5

6

7

8

9

3.5. Выбор технических средств диспетчерского уровня АСУ ТП

Техническое обеспечение диспетчерского уровня АСУ ТП включает в себя рабочие станции или промышленные компьютеры, для создания на их базе автоматизированных рабочих мест (АРМ) технологов-операторов и АРМ администраторов системы (инженеров АСУ ТП), серверы, средства коммуникации (кабели, активные элементы сети и т.д.), источники бесперебойного питания и другое оборудование.

Для того, чтобы выбрать типы рабочих станций (промышленных компьютеров), серверов и их количество, необходимо сформулировать функции и задачи, которые будут выполняться на диспетчерском уровне АСУ ТП, определить какие базы данных будут использоваться в системе.

Тип рабочих станций, серверов, их количество на пункте управления во многом зависит от особенностей объекта управления, от количества и сложности решаемых на верхнем уровне АСУ ТП задач. Для крупных объектов, работа которых характеризуется возможностью возникновения взрывопожароопасной ситуации, большим экономическим ущербом (химические, теплоэнергетические агрегаты), при отказе автоматизированной системы управления, рекомендуется использовать высокопроизводительные рабочие станции  (технические компьютеры) и серверы, а для повышения надежности системы управления применять  резервирование АРМ оператора и сервера приложений. Для объектов средней и малой мощности возможно совмещение на одной рабочей станции функций АРМ оператора и сервера.

Так как перечень решаемых на диспетчерском уровне задач для многих АСУ ТП примерно одинаков, при выборе рабочих станций, серверов в рамках курсового проекта рекомендуется ориентироваться на количество точек контроля и управления технологическим объектом. При этом приближенно можно считать, что число данных точек в узлах обработки данных, которые не рассматриваются подробно в проекте, равно количеству точек проектируемой системы управления технологическим участком (аппаратом). В этом случае общее число точек будет равно произведению числа узлов АСУ ТП на число точек контроля и управления разрабатываемого узла обработки данных. Так как на диспетчерском уровне решается достаточно большое количество сервисных задач, полученное произведение рекомендуется увеличить в два раза, после этого умножить его на коэффициент развития системы (1,2 - 1,3). Полученное число можно использовать при выборе типа рабочей станции и сервера по принципу «стоимость – требования к качеству решаемых задач».

При выборе пассивных и активных элементов промышленной сети в качестве исходных данных необходимо использовать:

- наличие и характеристику помех, которые существуют в производственном помещении (в курсовом проекте ориентироваться на используемые в цехе электроустановки, их количество, мощность и т.д.);

- требования к надежности системы управления (для взрывопожароопасных производств эти требования существенно повышаются).

В настоящее  время технические средства большинства создаваемых АСУ ТП в своем составе имеют источники бесперебойного питания. Их наличие позволяет повысить надежность систем управления, избежать существенных экономических потерь при аварийных остановах оборудования, избежать развития техногенных катастроф. Обычно считается, что единственная проблема энергоснабжения, которая требует определенных мер защиты оборудования, выполняющего ответственные функции, – это отключения электропитания. Однако существует множество других факторов, которые могут серьезно навредить производству, если не принять соответствующих мер защиты. Касаясь проблемы надежности электропитания, можно выделить два основных ее аспекта - наличие в сети электроэнергии и ее качество.

При выборе источника бесперебойного питания (ИБП) для АСУ ТП или отдельного узла обработки данных необходимо оп-ределить, какие задачи будут решаться системой управления в период отсутствия напряжения питания или снижения ее качества, какой период времени необходим для безаварийного останова технологического оборудования. Затем по таблице 4 выбрать систему защиты, и по базе данных или с использованием поисковой системы сети «Internet» выбрать тип ИБП.

Таблица 4

Технологии защиты от некачественного электропитания

 

Системы защиты

Обеспечение защиты от возможных проблем с питанием

Отключения

Всплески

Искажения формы сигнала

Изменения частоты

Шумы

Просадки

Выбросы

Подавитель выбросов(TVSS)

Нет

Да

Нет

Нет

Да/Нет

Нет

Да

Окончание табл. 4

Резервный или Off-Line ИБП

Да

Да

Нет

Да

Да/Нет

Да

Да

Линейно-интерактив. ИБП

Да

Да

Нет

Да

Да

Да

Да

On-Line ИБП
с двойным преобразованием

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Дополнительная информация и рекомендации по выбору технических средств диспетчерского уровня приведены в приложении 4.

Для выбора технических средств  АСУ ТП можно использовать следующие источники информации:

- базу технических средств автоматизации (ауд. 1307);

- каталоги технических средств автоматизации, технические описания и паспорта средств автоматики, справочники и техническую литературу (ауд. 1307, библиотека);

- поисковые системы сети «Internet» и др. источники.

3.6.  Формирование  структурной  схемы АСУ ТП

Структурная схема должна включать в себя условные обозначения  всех узлов обработки данных, АРМ, серверов, активных и пассивных элементов сети. Узел обработки данных (один или несколько контроллеров, модулей УСО), для рассматриваемого в курсовом проекте технологического участка (агрегата), должен выполняться в развернутом виде, т.е. с указанием (изображением) всех модулей контроллера и их типов, а также количеством и типом входных/выходных сигналов для каждого модуля. Остальные  узлы обработки данных показываются в виде прямоугольников, внутри которых указывается наименование технологического участка.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18783. Сущность совокупного спроса и факторы его определяющие 28 KB
  Сущность совокупного спроса и факторы его определяющие. Совокупный агрегированный спрос от англ. aggregate demand – АD – это сумма всех индивидуальных спросов на конечные товары и услуги предлагаемые на товарном рынке. Основными формами его проявления служат: потребительск
18784. Совокупное предложение. Совокупное предложение в краткосрочном, среднесрочном и долгосрочном и долгосрочном периоде 33 KB
  Совокупное предложение. Совокупное предложение в краткосрочном среднесрочном и долгосрочном и долгосрочном периоде. Совокупное предложение AS – это реальный объем национального продукта который может быть произведен при каждом возможном уровне цен Кривая
18785. Агрегирование показателей совокупного спроса и совокупного предложения как предпосылка осуществления макроэкономического анализа 33 KB
  Агрегирование показателей совокупного спроса и совокупного предложения как предпосылка осуществления макроэкономического анализа. В современной экономической теории макроэкономический анализ равновесия осуществляется при помощи агрегирования или формирования...
18786. Цели, эффективность и качество экономического роста 30.5 KB
  Цели эффективность и качество экономического роста. Основными конечными целями экономического роста являются повышение материального благосостояния населения и поддержание национальной безопасности. Повышение материального благосостояния как главная цель эконо...
18787. Основные типы экономического роста. Экстенсивный и интенсивный экономический рост 27 KB
  Основные типы экономического роста. Экстенсивный и интенсивный экономический рост. Растущая экономика характеризуется ростом ВНП который может использоваться для удовлетворения текущих и будущих потребностей. Экономический рост это увеличение ВНП или ЧНП за опре...
18788. Основные модели равновесного экономического роста 28.5 KB
  Основные модели равновесного экономического роста. Под равновесным экономическим ростом понимается такое развитие национальной экономики в долгосрочном периоде при котором объемы совокупного спроса и совокупного предложения увеличивающиеся от периода к периоду...
18789. Структурная организация, классификация, функциональные задачи, информационная модель 119.07 KB
  Структурная организация классификация функциональные задачи информационная модель. ЭМС ЛСУ определяет весь спектр задач которые д. решать система управления в общем. В результате изучения ЛСУ необходимо знать: 1. ...
18790. Особенности реализации вычислительных процедур в цифровых ЛСУ. Табличные методы обработки информации 103.02 KB
  Особенности реализации вычислительных процедур в цифровых ЛСУ. Табличные методы обработки информации. Основные задачи вычислительного характера возлагаемые на МПС: 1. Траекторные расчеты 2. Математические вычисления 3. ...
18791. Оценка точности реализации алгоритмов обработки информации в ЛСУ 112.13 KB
  Оценка точности реализации алгоритмов обработки информации в ЛСУ. Для анализа точности используется 2 подхода: апостериорый экспериментальный и априорный аналитический. Оценка точности реализации табличноалгоритмического метода вычислений определяется в данн. сл