Сгущение шламов на БПКРУ-2 ФОФ

Для удобства наблюдения за качеством переходных процессов, сведём все показатели в одну таблицу.

1. Статическая ошибка регулирования определяется по формуле:

2. Динамическая ошибка регулирования определяется по формуле:

3. Время регулирования - это время в течении которого регулируемая величина достигает нового установившегося значения с заданной точностью (5%).

4. Перерегулирование

- установившееся значение выходной величины

- максимальная высота первого всплеска

Полученные результаты сведем в таблицу №7:

Таблица 7. Показатели качества переходных процессов

Анализируя данные в сводной таблице можно сделать заключение, что введение дополнительного регулятора в каскадной схеме значительно повышает качество регулирования, это отражается как в уменьшении времени регулирования, так и в снижении колебательности (степень затухания увеличилась) переходных процессов. Таким образом, выбираем к реализации каскадную систему регулирования.

7. Разработка АСУТП

Современные технологические процессы отличаются многообразием параметров подлежащих контролю и регулированию. Существует по виду энергии носителя сигнала три основные ветви устройств: электрическая, пневматическая и гидравлическая.

Пневматические приборы отличаются простотой обслуживания, сравнительно невысокой стоимостью, а также удовлетворительной защитой приборов от коррозии, за счёт продувки ответственных элементов чистым воздухом. Пневматическая ветвь характеризуется безопасностью в легковоспламеняющихся и взрывоопасных процессах.

Электрические приборы обладают высокой чувствительностью, точностью регулирования, обеспечивают дальность связи и большую емкость каналов передачи информации.

Целью разработки АСУТП является создание на основе серийно выпускаемых средств цифровой техники современной системы управления, обеспечивающей:

- эффективную работу объектов управления, повышение уровня безопасности и безаварийности технологических процессов;

- требуемую точность, достоверность и своевременность предоставляемой персоналу оперативной информации;

- адаптивность к возможным изменениям технологических процессов и алгоритмов управления, сокращение затрат времени на ориентацию персонала в режимной и оперативной обстановке, своевременное выявление неполадок и отклонений;

- улучшение культуры труда оперативного и обслуживающего персонала;

- автоматизацию ведения отчетной документации;

- предотвращение ошибочных действий персонала путем своевременной сигнализации и блокирования ошибочных команд управления;

- снижение затрат на эксплуатацию и ремонт оборудования.

АСУТП строится на базе средств вычислительной, микропроцессорной техники и традиционных средств КИПиА общепромышленного применения. Программно-технический комплекс базируется на SIMATIC S7-300 производства фирмы «SIEMENS».

Данный контроллер неоднократно применялся для регулирования различных процессов производства в ОАО «Уралкалий», у специалистов ОАО есть опыт и практические навыки работы по работе с данным контроллером. Данный контроллер обеспечивает фильтрацию сигналов, их интерполяцию, интегрирование, а также выполняет все операции управляющей логики. Позволяет осуществить достаточно сложные алгоритмы управления и законы регулирования, оперируя с дискретными, аналоговыми и импульсными входными и выходными сигналами, что важно для создания многофункциональной системы управления технологическим процессом.

SIMATIC S7-300 является программируемым изделием. Язык программирования - STEP-7. В STEP 7 имеется три языка программирования список операторов - STL, функциональный план - FBD, контактный план - LAD. Можно спокойно переходить от одного языка программирования к другому, подбирая наиболее подходящий язык для конкретного блока, который необходимо программировать.

Все уставки можно изменять в процессе эксплуатации с помощью панели оператора, а программу в целом с помощью персонального компьютера. Контроллер работает со стандартными унифицированными входными и выходными сигналами.

Контроллер имеет «горячее» резервирование 1 из 2-х. Модули УСО рассчитаны на ввод стандартных токовых сигналов, а также на непосредственный ввод информации от термопар и термометров сопротивления. Модули имеют программно-аппаратные средства диагностики.

Модули контроллеров и УСО предусматривают возможность «горячей» замены.

Верхний уровень строится на базе систем WinCC и содержит автоматизированные рабочие места (АРМ).

WinCC - это мощная система человеко-машинного интерфейса (HMI), работающая под управлением операционной системы Microsoft Windows 2000 или Windows XP. Аббревиатура HMI означает «Human Machine Interface», то есть интерфейс между человеком (оператором) и устройством (процессом). Автоматизация процесса позволяет поддерживать фактический контроль над всем процессом. Для обеспечения контроля устанавливается с одной стороны связь между WinCC и оператором, а с другой стороны - между системой автоматизацией и WinCC. WinCC используется для визуализации процесса и разработки графического интерфейса оператора. Возможности WinCC:

1. Позволяет оператору следить за процессом. Процесс отображается на экране графически. При этом отображение обновляется при каждом изменении состояния процесса.

2. Обеспечивает управление процессом со стороны оператора. Например, оператор может задавать значения уставок или открывать клапан с помощью пользовательского графического интерфейса.

3. Система аварийных сообщений автоматически оповестит о критическом состоянии процесса. Если, например, превышено заранее заданное граничное значение, то на экране появится сообщение об этом.

4. Значения процесса могут быть распечатаны или сохранены в электронном виде. Это облегчает процесс документирования процесса и позволяет анализировать технологические данные позднее.

5. Графическая система отображает кадры на экране. Возможна обратная

связь, при которой графическая система организует ввод данных оператором, например, по щелчку по кнопке или непосредственным вводом значения в поле ввода.

6. Связь между WinCC и системами автоматизации организуется с помощью коммуникационных драйверов или «channels (каналов)». Каналы собирают информацию о запрашиваемых компонентами системы исполнения значениях процесса, читают значения тегов процесса из систем автоматизации, и, если необходимо, записывают новые значения в компоненты системы автоматизации.

7. Обмен данными между WinCC и другими приложениями может быть осуществлен с помощью интерфейсов OPC, OLE или драйверов ODBC.

8. Система архивирования сохраняет значения процесса в архиве значений процесса. Архив значений процесса может использоваться, например, для отображения изменений значений на тренде в Online Trend Control (Окне отображения трендов) или в таблице в Online Table Control.

9. За отдельными значениями можно следить с помощью Alarm Logging

(Регистрация аварийных сообщений). Если превышено граничное значение, то система Alarm Logging сгенерирует сообщение, которое будет отображено в Alarm Control (Окне отображения аварийных сообщений). Система сообщений также следит за квитированием сообщений и управляет состояниями сообщений. Система Alarm Logging сохраняет все сообщения в архиве сообщений.

10. Процесс документируется системой Report System (Система отчетов) по запросу или в заданное время. Для этого используется архив значений процесса и архив сообщений.

11. Все подсистемы и АРМы связаны между собой системами цифровой передачи данных - резервированными шинами, что обеспечивает необходимый доступ к информации с разных рабочих мест и обмен информацией между подсистемами отдельных установок.

Средний уровень реализован на микропроцессорном контроллере SIMATIC S7-300, фирмы SIMENS. Контроллер SIMATIC - компактный мультипроцессорный контроллер для решения задач среднего класса. Удобен в обращении благодаря простой технике подключения. У контроллера есть совместимость с различными стандартами входных и выходных напряжений, а также модульное наращивание входов / выходов и объема памяти. Контроллер SIMATIC S7-300 оснащен набором функций, позволяющих облегчить процесс разработки и отладки программы, снизить затраты на обслуживание контроллера в процессе его работы.

Контроллер SIMATIC S7-300 включает в свой комплект:

1. Модуль центрального процессора (CPU-315 2DP).

2. Функциональные модули (FM), способные решать задачи автоматического регулирования, позиционирования, обработки сигналов.

3. Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода - вывода аналоговых и дискретных сигналов с различными электрическими и временными параметрами.

4. Интерфейсные модули (IM), обеспечивающие возможность подключения к модулю CPU модулей расширения ввода - вывода. Контроллеры SIMATIC S7-300 позволяют использовать в своем составе до 32 модулей, а также коммуникационных процессоров, распределенных по 4 монтажным блокам

5. Модули блоков питания (PS), обеспечивающие питание контроллера от сети переменного тока напряжением 120/230В или от источника постоянного тока напряжением 24/48/60/110В. Настройка выполняется программным продуктом STEP 7.

Из измерительных модулей контроллера SIMATIC S7-300 выберем необходимые модули.

К входам модулей подключаются датчики с унифицированными выходными электрическими сигналами напряжения или силы тока. Каждая пара входных каналов модулей может быть настроена на свой вид входного сигнала.

Модуль SМ 331 - модуль аналоговых входов. Диапазон входных сигналов - 0/4…20 мА диапазон выходных сигналов 14 разрядов. Модуль SM 331 имеет 8 входов. И модуль SМ 322 - модуль дискретных выходов. К выходам модулей могут подключаться исполнительные устройства или их коммутационные аппараты.

Нижний уровень (полевой) включает в себя все датчики и приборы расположенные по месту. К ним относятся:

- расходомер CoriolisMaster с выходным сигналом 4…20 мА, современный, надёжный и обладает высокой точностью, стабильностью работы, Сигнал

поступает на модуль SМ 331.

- Обработанный CPU сигнал по управлению передаётся с модуля SМ 322 на ПБР-3А, а с него на МЭОФ регулирующей заслонки. МЭОФ формирует аналоговый сигнал о динамике его перемещения, который поступает на модуль SM 331.

Управление регулирующими органами происходит при помощи исполнитнльного механизма МЭОA, которые присоединены к ПБР-2. Управляющий сигнал на ПБР-2 поступает с модуля дискретных входов / выходов SМ 322.

Для обработки поступающих данных и организации регулирования процесса применим промышленный контроллер SIMATIC S7-300 фирмы «SIEMENS».

Выбор и разработка программных средств. Для реализации рассчитанной системы регулирования используем программное обеспечение STEP 7. Для этого сначала в программу STEP 7 вставляем системный функциональный блок FB с блоком данных DB. FB находятся в стандартной библиотеке (Standard Library) в разделе «System Function Blocks [Системные функциональные блоки]».

В качестве ведомого регулятора применим блок FB «CONT_C» (continuous controller (непрерывный регулятор)), который служит для управления техническими процессами с непрерывными входными и выходными величинами в системах автоматизации SIMATIC S7.

Этот регулятор можно использовать отдельно как стабилизирующий PID-регулятор или в многоконтурных системах управления в качестве каскадного регулятора, для регулирования состава смеси или соотношения. Принцип действия основан на алгоритме ПИД-регулирования дискретного регулятора с аналоговым выходным сигналом, дополненного в случае необходимости формирователем импульсов для формирования широтно-импульсных выходных сигналов для двух- или трехпозиционных систем регулирования с пропорциональными исполнительными устройствами.

Наряду с функциями в ветвях задающего и фактического значений этот FB реализует готовый ПИД-регулятор с непрерывным выводом управляющего воздействия и возможностью ручного управления.

Задающее значение вводится на входе SP_INT в формате с плавающей точкой.

Фактическое значение может считываться в периферийном формате и в формате с плавающей точкой. Функция CRP_IN преобразует периферийное значение PV_PER в формат с плавающей точкой от -100 до +100%.

Для подавления небольших постоянных колебаний из-за дискретизации управляющего воздействия (ограниченная разрешающая способность управляющего воздействия из-за регулирующего клапана) рассогласование пропускается через зону нечувствительности (DEADBAND). При DEADB_W = 0 зона нечувствительности выключается.

ПИД-алгоритм работает как настраиваемый алгоритм. Пропорциональная, интегральная INT и дифференциальная DIF части включены параллельно и могут включаться и выключаться по отдельности. Благодаря этому можно установить с помощью параметризации П-, ПИ-, ПД- и ПИД-регулятор. Но возможны также чистый И-регулятор или чистый Д-регулятор. Для того чтобы получить ПИ-регулятор, дифференциальная состовляющая должна быть отключена, т.е. на начальная величина INITIAL VALUE должна быть установлен FALSE, что означает «Отключение дифференциальной состовляющей» и соответственно параметр TD=T#0ms.

Можно переключаться между ручным и автоматическим режимом. В ручном режиме управляющее воздействие отслеживает значение, вводимое вручную. Интегратор INT внутренне устанавливается на LMN-LMN_P-DISV, а дифференциатор DIF устанавливается на 0, и они внутренне подстраиваются. Благодаря этому переключение в автоматический режим происходит плавно.

Управляющее воздействие ограничивается задаваемыми значениями с помощью функции LMNLIMIT Нарушение границ входной величиной отображается индикаторными битами. Выход с первого блока LMN является заданием для второго блока.

Рис. 15 Стандартный блок ПИД-регулятора

В качестве ведомого регулятора применим FB «CONT_S» (step controller (ступенчатый регулятор)) служит для управления техническими процессами с помощью двоичных управляющих сигналов для интегрирующих исполнительных элементов в системах автоматизации SIMATIC S7. Путем параметризации можно выключать или отключать подфункции ступенчатого PI-регулятора, настраивая его тем самым на объект регулирования.

Этот регулятор используется в качестве стабилизирующего PI-регулятора системе каскадного регулирования. Принцип действия основан на алгоритме PI-регулирования дискретного регулятора и дополнен функциональными звеньями для формирования двоичного выходного сигнала из аналогового выходного сигнала. Данный регулятор не может быть в качестве главного регулятора.

Так как регулятор работает без обратной связи по положению, то внутренне рассчитанное управляющее воздействие не совпадает точно с положением

исполнительного устройства. Корректировка выполняется, когда управляющее воздействие (ER * GAIN) становится отрицательным. Тогда регулятор устанавливает выход QLMNDN (низкий уровень управляющего сигнала) до тех пор, пока не будет установлен LMNR_LS (нижний ограничительный сигнал обратной связи по положению).

Кроме функций в ветви фактического значения FB реализует готовый PI-регулятор с двоичным управляющим выходом и возможностью влияния на управляющее воздействие вручную. Регулятор работает без обратной связи по положению. Для ограничения импульсного выхода могут применяться ограничительные сигналы.

Задающее значение вводится на входе SP_INT в формате с плавающей точкой. Фактическое значение может считываться в периферийном формате и в формате с плавающей точкой. Функция CRP_IN преобразует периферийное значение PV_PER в формат с плавающей точкой от -100 до +100%.

Разность заданного и фактического значения образует рассогласование. Для подавления небольших постоянных колебаний из-за дискретизации управляющего воздействия (ограниченная разрешающая способность управляющего воздействия из-за регулирующего клапана) рассогласование пропускается через зону нечувствительности (DEADBAND). При DEADB_W = 0 зона нечувствительности выключается.

Ступенчатый PI-алгоритм FB работает без обратной связи по положению. Интегральная составляющая PI-алгоритма и подразумевающаяся обратная связь по положению рассчитываются в одном интеграторе (INT) и сравниваются в качестве величины обратной связи с оставшейся интегральной составляющей. Разность поступает на трехпозиционное звено (THREE_ST) и формирователь импульсов (PULSEOUT), который формирует импульсы для регулирующего клапана. Путем настройки порога срабатывания трехпозиционного звена сокращается частота переключения регулятора.

Рис. 16 Стандартный блок ПИ - регулятора

Заключение

В данной курсовой работе была произведена автоматизация процесса сгущения шламов на ФОФ БПКРУ-2 ОАО «Уралкалий». Для расчета был выбран контур автоматического регулирования плотности шламов на выходе из сгустителя. Для получения динамических характеристик использовали метод активного эксперимента. Был произведен расчет одноконтурной и каскадной системы регулирования и моделирование полученных динамических характеристик. В результате анализа переходных процессов была выбрана каскадная система регулирования. Произведена подборка технических средств автоматизации и программного обеспечения.

Список литературы

1.А.Е. Троп, В.З. Козин, Е.В. Прокофьев Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик. М.: Недра, 1986.

2. Постоянный технологический регламент №9 «производства хлористого калия флотационным способом на БПКРУ-2» ОАО «Уралкалий», г. Березники, 2004.

3. Под редакцией Б.Д. Кошаровского Автоматизация управления обогатительными фабриками. М.: Недра, 1977.

Размещено на Allbest.ru