Автоматизація процесу комерційного обліку газу

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Реферат

АСУ ТП, газопровід котельні, функціональна схема, вибір засобів автоматизації, опитування датчиків, емуляція АСУ ТП.

Найбільш енергоємною та високозатратною підгалуззю житлово-комунального господарства є теплопостачання. В умовах стрімкого росту цін, в першу чергу на природний газ та електроенергію, проблема кардинального реформування теплоенергетики, особливо технічного переозброєння, стає питання державного стратегічного значення.

Зважаючи, що в складі собівартості теплоенергії енергоносії (природний газ, електроенергія) складають більше 70%, основною метою програми є зменшення їх споживання на 30% для досягнення мети в програмі запропоновані два підходи:

Традиційні заходи використання існуючого потенціалу зниження витрат природного газу та електроенергії, а тобто заміна існуючих тепломереж, заміна застарілого, низькоефективного теплогенеруючого обладнання, помірна децентралізація теплопостачання, модернізація котельних, впровадження сучасних систем обліку теплової енергії, газу, електроенергії та інше.

Розпочати глибокі, нетрадиційні заходи, а тобто перехід на спалювання твердого палива (Відходи деревини, торф), застосування теплових насосів, впровадження когенерації, використання системи електроопалення, геліоустановок, вітряних установок.



Зміст

Вступ

Характеристика технологічного процесу і об'єкта автоматизації

Вибір структури і типу АСКТП, засобів автоматизації і мікропроцесорної техніки

Надходження сигналів в АСКТП і їхня обробка. Спосіб реалізації керуючих впливів

Відображення технологічного процесу у редакторі представлення даних

Висновок

Список використаної літератури



Вступ

Найважливішим напрямком науково-технічного прогресу є широке освоєння провідних технологій, автоматизація виробництва.

Сучасна автоматика - це галузь науки, яка охоплює велике коло проблем. З розвитком обчислювальних машин і пристроїв автоматика різко розширилася і стало можливим її застосування у будь-якому виробництві.

На сучасному етапі практично жоден складний виробничий технологічний процес не може обійтись без повної чи часткової автоматизації. Це пов'язано із складністю процесів, які протікають, швидкозмінністю і динамічністю режимів, необхідністю точного та своєчасного керування технологічним процесом. Тому автоматизація таких технологічних процесів є необхідною умовою для успішного проведення технологічного процесу.

Повна чи часткова автоматизація виробничих процесів передбачає контроль, регулювання, та сигналізацію технологічних параметрів за допомогою відповідних автоматичних пристроїв. Сукупність технологічного процесу та автоматичних засобів її реалізації називається автоматизованою системою управління (АСУ).

Система АСУ взаємодіє із зовнішнім середовищем і кількісно її можна оцінити за допомогою входів та виходів. Входами можуть бути: витрати матеріальних і енергетичних потоків, які надходять в апарат (або виходять з нього). Виходами, як правило, є температура, тиск, рівень чи концентрація продуктів. Контроль і регулювання саме цих параметрів і має забезпечувати автоматична система керування технологічним процесом.

Автоматизація технологічних процесів на сучасному етапі пропонує широке впровадження обчислювальної техніки в системи управління, які повинні вирішувати задачі основного технологічного обладнання, допоміжних операцій, контролю, аналізу і управління технологічними процесами на основі математичних методів і застосування ЕОМ, автоматизації проектування автоматизованих процесів.

Мета даної курсової роботи - одержання знань і навичок проектування автоматизованих систем управління технологічними процесами при допомозі сучасної SCADA системи - Trace Mode.

В курсовій роботі передбачається ознайомлення з процесом автоматизованого обліку газу, розробка і вивчення схеми автоматизації технологічного процесу.



Характеристика технологічного процесу і об'єкта автоматизації

Дана курсова робота передбачає реконструкцію газопостачання котельні з встановленням трьох котлів ВК-21 та чотирьох модулів нагріву МН-120 по вул. Незалежності,78.

Технічні рішення, відповідають вимогам екологічним, санітарно-гігієнічним, протипожежним та іншим діючим нормам і правилам, забезпечують безпечну для життя і здоров'я людей експлуатацію об'єкту при дотриманні заходів, що передбачені проектом.

Проектом передбачено газопостачання трьох пальників ГГС-БМ-2,2 для водогрійних котлів ВК-21 (2 робочих + 1 резервний) газопроводом середнього тиску 0,04 МПа (<0,4 кгс/см2, 4000 мм) від проектованого ШГРП та газопостачання чотирьох модулів нагріву МН-120 газопроводом низького тиску 0,002 МПа (<0,02 кгс/см2, 200 мм) від існуючого ШП-2.

Джерелом газопостачання і точкою врізки являється діючий надземний газопровід середнього тиску, виведений до існуючого ШГРП і ШП-2, який розташований на цегляній стіні котельні.

До і після запроектованого ШГРП встановлені кульові газові крани.

Паливо - природний газ ГОСТ 5542-87 з теплотворною здатністю О = 8050 кКал/нм3.

Проектовані ввідні і внутрішні газопроводи середнього та низького тиску виконати відповідно вимогам ДБН В.2.5-20 "Газопостачання" із сталевих електрозварних прямошовних труб ГОСТ 10705, ГОСТ 10704 та водогазопровідних труб ГОСТ 3262-75 згідно креслень проекту.

На газопроводі середнього тиску Р-0,04 МПа(<0,4 кгс/см2, 4000 мм) перед пальником котла ВК-21, передбачено встановлення вимикаючого пристрою та відсічних електромагнітних клапанів, які складають газовий блок, що входить в комплект проектованого пальника.

На газопроводі низького тиску Р-0,002 МПа ( < 0,02 кгс/см2, 200 мм) до модулів нагріву МН-120, в приміщенні котельні перед лічильником газу, встановити вимикаючий пристрій та електромагнітний клапан Е\/80МА для аварійного відключення подачі газу до модулів нагріву.

На лінії подачі газу до пальників ГГС-БМ-2,2 встановити комерційний вузол обліку газу з лічильником ЛГ-К-100-Ех, а також по-агрегатні вузли обліку газу з лічильниками ЛГ-К-80-Ех з необхідною арматурою згідно креслень проекту. На лінії подачі газу до модулів нагріву встановити вузол обліку газу з лічильником РГ-К-100-Ех. Всі лічильники виготовлені по 1 класу і встановлюються в приміщенні газового обладнання цегляної будівлі котельні, для вимірювання обсягу споживання природного газу. Вимірювальне середовище природний газ з характеристиками по ГОСТ 5542-87, з густиною газу при нормальних умовах р= 0,73 кг/м3.

Деякі технологічні дані

Таблиця 1

Найменування приміщення	Об'єм, м3	Найменування опалювального апарату	Кількість	Споживання газу, м3/год.	Тиск газу, МПа
				на апарат	загальні
котельня	777,6	Котел ВК-21	2	220	440	0,04
		Модуль МН-120	4	12,9	51,6	0,002

Системою захисту передбачається відсікання газу електромагнітним клапаном EV80NA(при його витіканні і накопичені до 20% НКГР) та при спрацюванні пожежної сигналізації (режим „ПОЖЕЖА”).

Вибір структури і типу АСКТП, засобів автоматизації і мікропроцесорної техніки

Для автоматизованої системи керування будемо використовувати SCADA систему - TRACE MODE (ТРЕЙС МОУД). TRACE MODE призначена для розробки великих розподілених АСКТП широкого призначення. По числу впроваджень ТРЕЙС МОУД значно випереджає закордонні пакети подібного класу.

ТРЕЙС МОУД - заснована на інноваційних, що не мають аналогів технологіях. Серед них: розробка розподіленої АСУ ТП як єдиного проекту, автопобудова, оригінальні алгоритми обробки сигналів і керування, об'ємна векторна графіка мнемосхем, єдиний мережевий час. ТРЕЙС МОУД - це перша інтегрована SCADA- і softlogic-система, що підтримує наскрізне програмування операторських станцій і контролерів за допомогою єдиного інструменту.

Основними функціями ТРЕЙС МОУД являються наступні:

- Модульна структура - від 128 до 64000х16 I/O.

- Кількість тегів необмежена;

- Мінімальний цикл системи рівний 0.001 с;

- Відкритий формат драйвера для зв'язку з будь-яким УСО.

- Відкритість для програмування (Visual Basic, Visual C++ і т.д.);

- Вбудовані бібліотеки з більш ніж 150 алгоритмами обробки даних і керування в т.ч. фільтрація, PID, PDD, нечітке, адаптивне, позиційне регулювання, ШІМ, керування пристроями (клапан, засувка, привод і т.д.), статистичні функції і довільні алгоритми;

- Багато інших можливостей.

АСКТП реалізовується на контролерах Lagoon, а також комунікаційних модулях, модулях аналогового вводу/виводу, модулях дискретного вводу/виводу серії I-7000.

Базовим процесорним модулем, що використовуються при розробці АСКТП є контролер І-7188 (І-7188 - аналог контролера Lagoon). Власне кажучи І-7188 - це маленький PC- сумісний комп'ютер. У ньому є процесор АМВ 188-40МГЦ, 256 кбайт SRAM пам'яті (ОЗУ), електронний Flash-диск (аналог твердого диска) обсягом 512кбайт, годинник реального часу, 4 послідовних порти, тобто майже всі необхідні атрибути звичайного комп'ютера.

Нижче приводяться технічні характеристики контролера І-7188.

Процесор: AMD 188-40МГЦ.

SRAM: 256кб

Flash-диск: 512кб.

Максимальний обсяг програми користувача: 448кб.

Операційна система:

- Datalіght's ROM-DOS, сумісна з MS-DOS 6.2,

- підтримує RAM-DІSK і Flash ROM-DІSK,

- завантаження програм з вилученого комп'ютера.

Годинник реального часу:

- відсутня "Проблема 2000 року (Y2K)",

- рахує секунди, хвилини, годинник, дні, місяці, роки від 1980 до 2079,

- NVSRAM (енергонезалежна пам'ять): 31 байт, час збереження даних не менш 10 років,

- літієва батарея для годин реального часу і NVSRAM.

EEPROM: 1024 байта, більш 1,000,000 циклів перезапису

Послідовні порти: 4

- максимальна швидкість обміну 115.2кбод,

- СОМ1: RS-232 чи RS-485 (вибирається перемичкою),

- СОМ2: RS-485,

- COM3: RS-232,

- COM4: RS-232.

Буфер FІFO: 16 байт (СОМ1, СОМ2).

Буфер черги: 1кб на кожен порт.



Рис. 1

Індикатор: світодіодний 5-розрядний семисегментний.

Живлення: +10 ... +30В.

Споживана потужність: 2.2 Вт максимум.

Температура роботи: від -20°С до +75°С.

Компанія-виробник «Индустриальные компьютерные системы» розробила для використання контролер Lagoon 3140, який по своїх технічних характеристиках повністю аналогічний контролеру І-7188, але програмується безпосередньо в рамках SCADA системи TRACE MODE на мові Техно FBD.

Розроблена АСУТП реалізована на базі контролера ЛАГУНА 3140, до якого під'єднаний по шині RS-485 блок аналогового вводу І-7017. На входи блоку І-7017 подається інформація про зміну технологічного параметру у вигляді уніфікованого сигналу 4 - 20 (0-5, 0-20) мА від приладу.

Рис. 2

Каналів аналогового вводу: 6 диференціальних / 2 із загальною землею або 8 диференціальних (вибирається перемикачем) Розрядність АЦП: 16 біт Частота вибірок: 10Гц, смуга пропускання 15.72Гц Діапазони вхідних напруг: +/-150мВ, +/-500мВ, +/-1В, +/-5В, +/-10В Діапазон вхідних струмів: +/-20мА Ізоляція: 3000В Вхідний інтерфейс: RS-485 (двохпровідний) Конструкція: пластиковий корпус, роз'ємні гвинтові клемні колодки для підключення зовнішніх сигналів, монтажну панелі або на DIN напрямну Напруга живлення: +10…+30В Споживана потужність: 2Вт Умови експлуатації: -20°С…+70°С.

І-7060 модуль цифрового вводу/виводу з реле.

Рис. 3

Ліній дискретного вводу: 4 канали з гальванічною розв'язкою 3750В;

рівень логічного 0:0…+1В;

рівень логічної 1: +3.5В…+30В,

Ліній дискретного виводу: 4 реле (2 двохконтактних, 2 трьохконтактних з перекидним контактом);

Параметри контактів:

AC: 125В @ 0.6А; 250В @ 0.3А

DC: 30В @ 2А; 110В @ 0.6А

Час замикання: 3 мс.

Час розмикання: 1 мс.

Загальний час переключення: 10 мс.

Вхідний інтерфейс: RS-485 (двохпровідний) Напруга ізоляції: 3750В Конструкція: пластиковий корпус, роз'ємні гвинтові клемні колодки для підключення зовнішніх сигналів, монтаж на панелі чи на DIN напрямну Напруга живлення: +10В…+30В Споживана потужність: 0.8Вт Умови експлуатації: -20°С…+70°С.

Наочна схема збору даних для обрахунку витраченого газу

Рис. 4

Вибір давачів

1) Термометр опору:

- мідний типу ТСМ з НСХ 100М і W100=1,426

Рис. 5

Підключається по 3-ох провідні схемі

2) Давач тиску:

- Давач тиску КРТ-1, КРТ-2. Перетворювачі можуть працювати в приміщеннях з вибухонебезпечними зонами класів B-la, B-16, У-1м, В-Па. Ступінь захисту корпуса - IP65.



Рис. 6 - Лічильник витрати газу

ЛГ-К-100-Ех і РГ-К-100-Ех- які установлені за проектом лічильники які економічно вигідніші

Таблиця 2

Найменування виробу	Діаметр трубопроводу, мм	Діапазон експлуатаційних витрат, м3/ч	Експлуатаційний максимальний тиск, Мпа Max	Ціна , грн.
Ультразвуковий витратомір UFM-001 - спрощений без пульта контролю	80		1,6	2853
Ультразвуковий витратомір UFM-001 - спрощений без пульта контролю	100		1,6	2872

Таблиця 3 - Газоаналізатор

Газоаналізатори, сигналізатори, аналізатори
Найменування виробу	Коротка технічна характеристика	Ціна, грн.
СГГ-20-02Н	Стаціонарний сигналізатор на СН4(метан) і СН	456

Надходження сигналів в АСКТП і їхня обробка. Спосіб реалізації керуючих впливів.

Параметри, якими управляє АСК - це облік газу на вводі в котельню та контроль тиску та температури в вузлі обліку газу. При перевищенні споживання газу окремим котлом вище заданого рівня, передбачене автоматичне припинення газопостачання даного котла. Відповідно розробимо таку структуру системи, яка б забезпечувала керування цим параметром технологічного процесу.

Надходження сигналів і їх обробка здійснюється в запрограмованих каналах Scada системи Trace Mode.

Організація бази каналів

У редакторі бази каналів створюється математична основа системи керування: описуються конфігурації всіх робочих станцій, контролерів і УСО, використовуваних у системі керування, набудовуються інформаційні потоки між ними. Тут же описуються вхідні і вихідні сигнали і їхній зв'язок із пристроями збору даних і керування. У цьому редакторі задаються періоди чи опитування формування сигналів, набудовуються закони первинної обробки і керування, технологічні границі, структура математичної обробки даних. Тут установлюється, які дані, і при яких умовах зберігати в різних архівах, набудовується мережний обмін, описуються задачі керування архівами, документуванням, корекції тимчасових характеристик системи керування, а також зважуються деякі інші задачі.

Використаємо такі вузли:

ЦЕНТР- автоматизоване робоче місце;

Lagoon_2 - вузол керування.

Головне вікно бази каналів має наступний вигляд:



Рис. 7

газ тиск автоматизація пожежа

Розглянемо канали, які входять до вузла “Lagoon_2”:

Рис. 8



Рис. 9

Рис. 10

Розглянемо FBD-програми, які підключені до цих каналів:

1. Емуляція зміни температури 1 і температури 2.

Рис. 11



Використовуються блоки генератори випадкових чисел, генератор синуса, суматори множники і блок відображення

Ця FBD-програма здійснює емуляцію зміни температури газу у комерційному вузлі обліку газу.

Рис. 12

2. Емуляція зміни тиску газу.

Рис. 13

Ця FBD-програма здійснює емуляцію зміни тиску газу у вузлі комерційного обліку газу та перед і після газового фільтра. При сигналі пожежі тригер RS відсікає тиск!



Рис. 14

3. Попередній некоректований облік газу.

Рис. 15

Ця FBD-програма здійснює емуляцію витрати газу у трубопроводі ,а також підрахунок газу газовим лічильником без корекції. Основою лічильника є блоки:

- запис за адресою у файлі WRTW,

- зчитування за адресою у файлі WREAD,

- суматор (додає реальне значення і суму попередніх),

При сигналі пожежі тригер RS відсікає витрату!

Рис. 16

4. Симуляція пожежі і відсікання газу

Рис. 17

Ця FBD-програма здійснює симуляцію пожежі в приміщені, а також відсікання газопостачання.



Рис. 18

5. Коректований облік газу.

Рис. 19

Ця FBD-програма здійснює підрахунок і корекцію об'єму пройденого газу. Основою лічильника є блоки:

- запис за адресою у файлі WRTW,

- зчитування за адресою у файлі WREAD,

- суматор (додає реальне значення і суму попередніх).



Відображення технологічного процесу у редакторі представлення даних

У редакторі представлення даних розробляється графічна частина проекту системи керування. При цьому створюється статичний малюнок технологічного об'єкта, а потім поверх нього розміщаються динамічні форми відображення і керування. Серед цих форм присутні такі, як графіки, гістограми, кнопки, області введення значень і переходу до інших графічних фрагментів і т.д.

Графічна частина проекту складається з робочої групи ОБЛІК ВИТРАТИ ГАЗУ, до складу якої входять:

- схема вузла комерційного обліку газу,

- графіки,

- лічильники,

- історія обліку,

Екран “Схема” має такий вигляд:

Рис. 20

На ньому показана схема розміщення газових лічильників та засобів автоматизації у вузлі комерційного обліку газу, основні кнопки керування, а також індикатори параметрів технологічного процесу.

Екран “графіки” вміщує в собі графіки основних параметрів технологічного процесу. Він має вигляд:

Рис. 21

Екран „лічильники” має вигляд:

Рис. 22



Екран „історія обліку” має вигляд :

Рис. 23

Висновок

В процесі виконання курсової роботи були одержані знання і навички по постановці задач керування, проектування функціональних схем АСУТП і схем функціонування основних задач АСУТП, вивчений технологічний процес газопостачання та обліку газу, вибрано структуру і тип АСУТП, засоби автоматизації і описано функціональні схеми, надходження сигналів в АСУТП і їхня обробка.

При виконанні курсової роботи були отриманні навички проектування АСУТП за допомогою сучасної SCADA системи TRACE MODE. Зокрема на практиці було створено базу каналів АСУТП автоматизованого вузла обліку газу. У базі каналів створено математичну основу системи керування: опис конфігурації всіх робочих станцій, контролерів і УСО, використовуваних у системі керування, набудови інформаційних потоків між ними. Тут же опис вхідних і вихідних сигналів і їхній зв'язок із пристроями збору даних і керування.

Для реалізації алгоритмів обробки даних і керування була використана мова програмування - Техно FBD. У редакторі представлення даних була розроблена графічна частина проекту системи керування.



Список використаної літератури

1. Методичні вказівки до виконання курсової роботи "Проект автоматизованої системи керування типовим технологічним процесом (об'єктом)" з дисципліни "Основи комп`ютерно-інтегрованого управління" для студентів, які навчаються за напрямом підготовки 6.050202 "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології" денної та заочної форм навчання /В.Й. Пастушенко. - Рівне: НУВГП, 2010. 10 с.

2. Руководство пользователя Trace Mode. Москва, 2010.

3. Деменков Н.П. Scada-системы как инструмент проектирования АСУ ТП. М. МГТУ имени Н.Э.Баумана, 2009.

4. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (справочник)./ Под ред. акад. Б.Б.Тимофеева.- К.: Технiка, 1983.-351 с.

5. Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП. Книга 1,2.- СПб., 2009.- 552 с.

Размещено на Allbest.ru