Главная База знаний "Allbest" Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника Автоматизация магистрального насосного агрегата НМ 1250-260

Автоматизация магистрального насосного агрегата НМ 1250-260

Линейная производственная диспетчерская станция "Черкассы". Разработка системы автоматизации магистрального насосного агрегата на основе программных, аппаратных средств. Использование языка ST программы ISaGRAF в качестве программного обеспечения проекта.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 22.04.2015
Размер файла 2,9 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Peer Cop - метод связи одного ранга (peer-to-peer) между сетевыми устройствами, в которой данные переносятся по частям прохождением маркеров между узлами. Маркер дает сетевому устройству текущий доступ для передачи данных.

Modbus - протокол типа master/slave (основной узел/подчиненный узел). Приложения, работающие в масштабе реального времени, и приложения сбора данных легко поддерживаются непосредственно через последовательный порт любого компьютера. Modbus может быть использован:

в случае простого соединения двух устройств между собой;

в сетевой архитектуре, содержащей до 247 подчиненных узлов.

Сеть Modbus Plus характеризуется:

высокой скоростью передачи данных;

связью одного ранга (peer-to-peer);

легкой установкой для простых приложений, тем самым понижая затраты на установку [3].

3.4 Структурная схема АСУ ТП на базе системы Quantum

Структура АСУ ТП ЛПДС "Черкассы" должна соответствовать магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и иметь распределенное программное обеспечение и базу данных, доступную (с заданными ограничениями) всем абонентам промышленной сети. На структурной схеме обозначена компоновка корзин контроллера (рисунок 3.2).

Для обеспечения надежности работы системы предусмотрено резервирование контроллера и питания. Две одинаково сконфигурированные системы связываются между собой через процессор резервного контроллера (CHS), установленный в каждой из систем. В конфигурации каждого из контроллеров определены область и объем передаваемых данных и информации о состоянии между обоими контроллерами.

Для системы предусматривается схема удаленного ввода/вывода повышенной надежности. Схема удаленного ввода/вывода предусматривает

двойной кабель, предохраняющий систему от последствий обрыва одного из кабелей или повреждения соединительной арматуры. При соединении головного конца с каждым узлом двумя кабелями обрыв одного из них не нарушит связь. Арбитраж кабеля и проверка целостности проводятся автоматически на головном конце и каждом из узлов.

Для перехода от существующего оборудования ввода/вывода фирмы Modicon используется мост Modbus Plus Bridge Plus.

Сетевая организация АСУ ТП должна обеспечить подключение АСУ ТП к сети РДП по стандартным аппаратным и программным средствам [3]. Контроллер располагается в шкафу управления в операторной с размещением УСО (устройство связи с объектом), в ЩСУ (щит силовых устройств) КППС СОД и ЗРУ-10кВ (закрытое распределительное устройство).

3.5 Устройства, входящие в состав системы

3.5.1 Модули источников питания

Источники питания Quantum обеспечивают работу системы в промышленных условиях, снабжая питанием корзины и защищая систему от электрических помех и колебаний номинального напряжения (без установки разделительных трансформаторов). В случае непредвиденных проблем с электричеством источник питания дает системе достаточно времени для безопасного отключения.

Источники питания подразделяются на автономные и резервируемые. Автономные источники питания занимают одно установочное место и обеспечивают питанием все модули, установленные в корзине. Резервируемые источники питания используют для повышения надежности - в корзину помещаются два резервируемых источника питания. При прекращении подачи энергии к одному источнику питания или неисправности самого источника питания работа оборудования или текущие сеансы связи не будут прерваны, поскольку резервный источник продолжит подачу необходимого питания. На контроллере имеется индикатор для быстрого обнаружения неисправности источника питания. Для резервирования используются модули питания одной модели [3].

В системе автоматизации ЛПДС "Черкассы" используются источник питания переменного тока 140 CPS 111 00 и резервируемый источник питания переменного тока 140 CPS 124 00. Спецификации и схемы подключения модулей приведены в приложении Б.

3.5.2 Модули центрального процессорного устройства (ЦПУ)

В системе Quantum используется модуль 140 CPU 434 12. Модуль ЦПУ занимает одно установочное место и включает системную память, память прикладных программ и порты связи. Вся память встроена, поэтому для конфигурации не требуются дополнительные микросхемы или платы. Светодиодные индикаторы облегчают устранение неисправностей, отображая состояние самого ЦПУ, а также портов связи.

ЦПУ контроллера Quantum использует технологию перезаписываемой постоянной памяти (flash) для хранения данных в системной памяти и хранения набора инструкций. Технология перезаписываемой постоянной памяти позволяет проводить модернизацию, загружая программу через порт Modbus или Modbus Plus (вместо замены микросхемы электрически программируемого ПЗУ или платы) при появлении новых версий программного обеспечения или обновлений прикладных программ. Использование этой технологии значительно упрощает и снижает эксплуатационные расходы.

Для хранения прикладных программ в ЦПУ используется ОЗУ с резервной подпиткой от батареи. Батарея расположена в передней части модуля и доступна для обслуживания во время работы контроллера. Для защиты прикладных программ от случайных изменений на передней панели ЦПУ имеется ползунковый переключатель ЗАЩИТА ПАМЯТИ. Положение этого переключателя отображается на светодиодном индикаторе. На ЦПУ стандартно устанавливаются порты связи с поддержкой сетевых протоколов Modbus и Modbus Plus. Светодиодные индикаторы отражают состояние каждого порта.

При использовании математических расчетов на модуле установлен аппаратный математический сопроцессор. Использование этого устройства значительно снижает время выполнения программ PCFL (библиотека функций управления процессами), Редактор Уравнений, а также программ на языках МЭК Concept, что позволяет повысить производительность алгоритмов и математических вычислений [3].

Спецификация модуля ЦПУ приведена в приложении В.

3.5.3 Модули ввода/вывода

Модули ввода/вывода разработаны для взаимодействия с широким кругом периферийных устройств, отвечают международным электротехническим стандартам МЭК, что гарантирует их надежность в самых неблагоприятных промышленных условиях. Кроме того, система Quantum повышает надежность и работоспособность путем поддержки "горячей замены", то есть извлечения или вставки модулей ввода/вывода под напряжением без создания помех для других рабочих элементов систем управления.

Все модули могут быть настроены на переход в одно из трех аварийных состояний при нарушении связи. Возможные аварийные состояния модулей - отключение всех выводов, удержание последнего значения, переход в предустановленное состояние. Такая гибкость обеспечивает согласованное и предсказуемое поведение системы.

Модули ввода/вывода Quantum конфигурируется программным путем, используя программное обеспечение Concept или Modsoft. Использование карты ввода/вывода означает, что любой модуль может быть установлен на любом установочном месте независимо от типа. Все параметры настройки также включены в экран настройки карты ввода/вывода. Такая система избавляет от процедуры настройки с помощью переключателей или специальной релейно-контактной схемы для настройки и чтения данных из модулей.

После окончания настройки программное обеспечение системы способно обнаружить отсутствие или неисправность модуля и послать сообщение об этом в рамках контроллера. Наглядная индикация состояния каждого модуля при помощи светодиодов также помогает в устранении неисправностей.

Каждый модуль аналогового ввода/вывода имеет светодиодную панель с обширной диагностической информацией, включающей активность каналов ввода-вывода и специфические свойства модуля, такие как индикация неправильного подключения проводов, сгорание предохранителей, выход сигнала за пределы диапазона. Индикатор Active показывает состояния связи. В качестве модуля аналогового входа в данной системе автоматизации представлена модель 140 ACI 040 00, а аналогового выхода - 140 ACO 020 00. Спецификации и схемы подключения данных модулей представлены в приложении Г.

В качестве модуля дискретного ввода выбрана модель 140 DDI 353 00, а дискретного вывода - 140 DDO 353 00.

Спецификации и схемы подключения представлены в приложении Г.

3.5.4 Система горячего резервирования Quantum

Система горячего резервирования основана на двух идентично сконфигурированных программируемых логических контроллерах, связанных друг с другом и с одной и той же сетью удаленного ввода/вывода. При выходе из строя одного из контроллеров другой принимает на себя управление сетью.

Система горячего резервирования Quantum разработана для применений, в которых невозможна потеря управления. Эта система поддерживает наивысшую надежность путем избыточного резервирования. Две корзины сконфигурированы однотипным оборудованием и программным обеспечением.

Один из контроллеров работает как основной. Он контролирует объект путем выполнения программы и управления удаленным вводом/выводом.

Другой контроллер работает как резервный. Основной контроллер обновляет данные резервного контроллера после каждого скана. Резервный контроллер готов принять на себя управление в течение одного скана после отказа основного.

Возможно переключение из основного состояния в резервное. Любой из контроллеров может быть установлен в основное состояние, но один из них обязательно должен быть в состоянии резерва. Сеть удаленного ввода/вывода всегда управляется основным контроллером.

Примечание: cистема горячего резервирования Quantum поддерживает только удаленную сеть ввода-вывода (сеть RIO). Локальная сеть не поддерживается.

Оба контроллера объединены модулями горячего резервирования CHS 210. Этот модуль контролирует состояние своего контроллера и поддерживает связь с другим модулем горячего резервирования. Система непрерывно контролирует свое состояние. В случае отказа основного контроллера модуль горячего резервирования передает управление резервному контроллеру, который переходит в основной режим. В случае отказа резервного контроллера основной продолжает работать без резерва.

Оборудование системы горячего резервирования Quantium

микропроцессорной системы управления НПС. Система горячего резервирования Quantum состоит из двух 6-слотовых корзин 140 XBP 006 00. Каждая корзина снабжена идентичными модулями:

модуль источника питания;

программируемый логический контроллер 140 CPU 434 12;

процессор удаленного ввода/вывода;

модуль горячего резервирования 140 CHS 110 00;

сетевой модуль NOM (обеспечивает расширенные возможности в процессе передачи информации в системе Quantum, использующей Modbus Plus);

модуль-заглушка.

В системе используются три типа кабелей:

модули горячего резервирования связываются между собой по оптоволоконному кабелю (длиной 3 м) при скорости 10 МегаБод;

контроллеры связаны с сетью RIO коаксиальным кабелем;

модули NOM связаны с компьютером верхнего уровня при помощи кабеля "витая пара".

Также в системе используются вспомогательные компоненты:

по одному коаксиальному разветвителю (сплиттер) в каждом магистральном кабеле сети RIO;

по два самосогласующихся F-адаптера в каждом магистральном кабеле сети RIO;

одно магистральное согласующее устройство в каждом магистральном кабеле сети RIO.

Работа системы заключается в следующем, после того как система горячего резервирования запущена в работу, она продолжает функционировать автоматически. Она непрерывно тестирует себя на сбои и при обнаружении ошибки всегда готова передать управление с основного контроллера на резервный.

При работе системы в конце каждого скана основной модуль автоматически передает состояние предопределенной области статической памяти на резервное устройство. Это гарантирует, что резервный контроллер обеспечен свежими данными и готов принять управление в случае первой необходимости.

Если одна или обе оптоволоконные линии связи между модулями горячего резервирования выйдут из строя, основной контроллер будет работать в обычном режиме, без резерва.

Если основной контроллер выйдет из строя, резервный контроллер автоматически примет управление удаленной сетью ввода-вывода. Если сбой основного контроллера устранится, он примет на себя функцию резервного контроллера. Если ошибка не исчезнет, контроллер останется отключенным.

Если произойдет отказ резервного контроллера, он отключится. Основной контроллер будет функционировать в автономном режиме и продолжит управлять сетью ввода-вывода.

3.5.5 Модули Advantech

Двунаправленный модуль нормализации аналоговых сигналов с гальванической развязкой ADAM-3014.

ADAM-3014 - один из самых эффективных по стоимости модулей нормализации сигналов, с возможностью настройки в полевых условиях. Предназначен для защиты информационных сигналов от вредных наводок, шумов и других электрических помех.

ADAM-3014 разработан по новой технологии оптической развязки, чтобы обеспечить гальваническую развязку с низкой потребляемой мощностью, предельной точностью и устойчивостью в широком диапазоне рабочей среды.

Температурная погрешность ADAM-3014 - 150 * 10-6 диапазона измерения (150 ppm of full range), полоса пропускания на входе - до 2,4 кГц, потребляемая мощность 1,11 Вт (выход напряжения).

Для нормирования и передачи могут быть сконфигурированы многообразные диапазоны входа и выхода.

ADAM-3014 обеспечивает тройную гальваническую развязку. Источник питания, который снабжает входной и выходной контуры модуля, изолирован внутри, чтобы реально обеспечить изоляцию "канал-канал".

Входная полоса пропускания ADAM-3014 - обычно 2,4 кГц. ADAM-3014 питается от источника на +24 В постоянного тока.

ADAM-3014 может быть установлен на DIN-рельс и работать в условиях с высокой влажностью и широким диапазоном температур.

ADAM-3014 применяется для изолирования сигналов, при преобразовании сигнала для распределительных систем и ПЛК, в качестве передатчика сигнала (0.20 мА) и усилителя сигнала. ADAM-3014 обладает широким диапазоном входа/выхода, простым конфигурированием диапазона входа/выхода, гибкой установкой на DIN-рельс и низкой потребляемой мощностью [3].

Спецификация и схема подключения приведены в приложение Д.

Также в систему автоматизации входит импульсный источник питания PWR-243. Спецификация приведена в приложении Е.

3.6 Технические средства автоматизации

3.6.1 Электрические датчики давления серии Сапфир-22МТ (Россия)

Работа датчика основана на использовании тензоэффекта в полупроводниках. Измеряемое давление, воспринимаемое мембраной измерительного блока, преобразуется в силу, передаваемую на чувствительный элемент тензопреобразователя. Под действием силы упругий элемент тензопреобразователя деформируется, изменяя сопротивления расположенных на нем тензорезисторов.

Электронный блок преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал и осуществляет компенсацию температурных погрешностей.

Схема датчика давления Сапфир-22МТ показан на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Схема датчика давления Сапфир-22МТ

Тензопреобразователь 4, мембранно-рычажного типа размещен в нутрии основания 9, в замкнутой полости 11, заполненной кремнийорганической жидкостью, и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 8. Мембраны 8 приварены по наружному контуру у основанию 9 и соединены между собой центральным штоком 6, который связан с концом рычага тензопреобразователя 4 с помощью тяги 5. Фланцы 10 уплотнены прокладками 3. Воздействие измеряемого параметра (большее давление подается в плюсовую камеру, меньшее - в минусовую камеру 12) вызывает прогиб мембран 8, изгиб мембраны тензопреобразователя 4 и изменение сопротивления тензорезисторов.

Электронный блок смонтирован на двух платах, которые размещаются в корпусе датчика. Блок схема электронного блока приведена на рисунке 3.4 Сигнал с тензопреобразователя 2 поступает на вход инструментального усилителя 3, на другой вход инструментального усилителя поступает сигнал от корректора температурной нелинейности начального значения выходного сигнала 5. В качестве информационного источника о значении температуры используется напряжение на диагонали питания тензопреобразователя. Сигнал с инструментального усилителя подается на корректор статической нелинейности 6 и оттуда на переключатель пределов 7.

Технические данные датчика Сапфир-22М (модель 2161):

диапазон входного давления, МПа 0.6,3

выходной ток, мА 4.20, постоянный

класс точности 0,5

порог нечувствительности, %, не более 0,1

погрешность нулевой точки, 0,5

зависимость входного и выходного сигнал линейная

температура измеряемой среды на входе датчика 0C минус 50. + 80

вибростойкость, Гц 0.500

Сигнал с переключателя пределов 7 подается параллельно на корректор температурной погрешности диапазона 8 и на один из выходов выходного преобразователя "напряжение - ток" 4. На второй вход преобразователя "напряжение - ток" подается сигнал коррекции температурной нелинейности диапазона 9. В качестве информационного источника о значении температуры используется независимый кремневый резистор, изготовленный из того же материала, что и тензорезисторы.

Рисунок 3.4 - Блок схема электронного блока

3.6.2 Уровнемер серии "ОМЮВ"

При нормальной работе центробежных магистральных насосов через уплотнительные устройства происходят небольшие утечки нефти. Эта нефть собирается и подаётся в специальный резервуар-сборник, откуда откачивается по мере накопления. Если уплотнительные устройства насоса неисправны, утечки нефтепродукта могут достигнуть значительной величины.

Приборы для контроля уровня "ОМЮВ" применяются в качестве аварийного выключателя уровня для предотвращения перелива. Например, следящий прибор для восприятия уровня типа "ОМЮВ 05-1" используется в качестве аварийного выключателя уровня для слежения за утечками в насосной. Прибор воспринимает превышение понтонами заданного максимального уровня и обеспечивает возможность блокировки и аварийной сигнализации. Устройство уровнемера "ОМЮВ 05-1" приведено на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Устройство уровнемера "ОМЮВ 05-1"

Прибор состоит из крепежного фланца 1, на котором с помощью болтов установлен корпус 2. Внутри корпуса после снятия крышки 3 имеется доступ к последовательным контактам 4. Многожильный кабель 5 для подключения подводится к корпусу выключателя через уплотнение 6, в качестве которого используется масло - и бензостойкая резина, помещенная в гнездо сальника 7. Внутри полой трубки 8, изготовленной из корозионно стойкого металла, помещена удерживающая балка 9, на которой расположен герметизирующий контакт 10. Контакт замыкается под действием постоянного кольцевого магнита, расположенного в сферическом поплавке 11 из полипропилена. Поплавок передвигается за счет выталкивающей силы жидкости.

Чувствительные элементы (герконы) работают по моностабильному принципу, когда при прохождении поплавка передается по одному импульсу; таким образом, после прохождения уровня обеспечивается хранение информации электронным путем.

4. Выбор системы виброконтроля МНА

Современные технологии требуют непрерывного контроля параметров технологического процесса и состояния оборудования. Одними из важнейших являются параметры механического движения, в частности параметры периодических перемещений исследуемого объекта в пространстве (вибрации). Этими параметрами являются виброперемещение (амплитуда вибрации) и виброскорость (частота вибрации). Подобный контроль необходим в магистральных насосных агрегатах для уменьшения износа МНА.

Проведем выбор системы контроля вибрации.

4.1 Аппаратура контроля вибромониторинга (АКВ)

АКВ - аппаратура для вибромониторинга и диагностики разработана для контроля абсолютного виброперемещения элементов конструкций генераторов, т. ч. и с водородным охлаждением ТВВ-800-2. Используется автономно или совместно с управляющей ЭВМ. Имеет три базовых модификации, отличающиеся исполнительными функциями, контролируемыми параметрами (перемещение или виброскорость), количеством измерительных каналов и конфигурацией. Модификации АКВ-001, АКВ-003 имеют 40-канальное исполнение, контролируемый параметр - размах виброперемещения; модификация АКВ-002 - 12-канальное исполнение, контролируемый параметр - амплитуда виброскорости. Датчики вибрации, устанавливаемые в корпусе генератора, заключены в защитные капролоновые кожуха, устойчивы к воздействиям сильных электрических или магнитных полей. Для измерения вибрации в различных направлениях применяются различные конструкции защитных кожухов датчиков вибрации для контроля вибрации в радиальном и аксиальном направлениях. Вывод сигналов с датчиков вибрации осуществляется через герморазъемы, установленные на люках корпуса генератора. Аппаратура имеет выходы постоянного и переменного напряжения. Для модификации АКВ-001 индикация СКЗ виброперемещения осуществляется на блоке питания и управления. Переключение каналов осуществляется либо вручную оператором с выносного пульта, либо автоматически (последовательный опрос через каждые 2 секунды), либо по сигналам с управляющей ЭВМ. Для модификации АКВ-002 индикация амплитудного значения виброскорости осуществляется в блоке электронном. АКВ-002 имеет встроенный генератор для проверки работоспособности измерительных каналов. Управление переключением измерительных каналов - ручное. Обработка результатов измерения, архивация для АКВ-002 осуществляются управляющей ЭВМ. Модификация АКВ-003 имеет микропроцессорное управление. Аналоговая часть включает датчик и согласующий усилитель с программируемым адаптивным выходом, управляемым контроллером, обслуживающим до 20 измерительных каналов. Обмен данными с управляющей ЭВМ осуществляется по протоколу Modbus. В стандартной конфигурации АКВ-003 включает 40 измерительных каналов. Программное обеспечение СВИМ АКВ обеспечивает оперативную диагностику текущего состояния агрегата, передачу текущих значений в общестанционную АСУ, а также накопление длительных стационарных архивов [4].

Таблица - 4.1 - Технические характеристики системы "АКВ-002"

Характеристика

Значение

Амплитудный диапазон, мм/с

0,5…50

Количество каналов

12

Частотный диапазон, Гц

10…10000

Погрешность, %

5

Уставки, мм/1

Две, 1…50

(10…500 мкм)

Рабочая температура преобразователей, 0C:

первичный преобразователь

вторичный преобразователь

10…+60

10…+30

Питание, B

~220

Потребляемая мощность, Вт

150

4.2 Аппаратура контроля вибрации "Каскад"

Автоматизированная система контроля вибрации и диагностики (АСКВД) представляет собой аппаратно-программный комплекс с распределенными вычислительными и информационными ресурсами, предназначенный для контроля, анализа и диагностики вибрационного состояния турбоагрегатов и другого вращающегося оборудования электростанций.

Вибродиагностический контроль осуществляется на всех режимах эксплуатации турбоагрегата, включая валоповорот, набор оборотов (пуск), работу под нагрузкой и на холостом ходу (номинальная частота вращения), режим проверки автомата безопасности, выбег (останов).

Применение АСКВД позволяет повысить вибрационную надежность, культуру эксплуатации и ремонта вращающегося оборудования, обеспечивает принятие своевременных мер, уменьшающих последствия отказов, предоставляет возможности для раннего обнаружения возникающих дефектов и неисправностей и предупреждения их опасного развития.

Состав:

программируемый контроллер, реализованный на базе высоконадежных технических средств промышленного применения;

рабочие станции АСКВД;

программное обеспечение расширенного вибромониторинга;

программа анализа трендов и амплитудно-фазочастотных характеристик выбегов и наборов оборотов;

программа диагностики по изменению оборотной вибрации;

программа балансировочных расчетов;

Функции:

оперативный контроль и ретроспективный анализ вибрационного и механического состояния агрегатов на основе измеряемых вибрационных параметров, параметров механических величин и вводимых из АСУТП эксплуатационных параметров;

предупредительная сигнализация при регистрации аномальных вибрационных состояний в соответствии с требованиями ПТЭ и ГОСТов, формирование сигналов тревоги для внешних устройств;

формирование архива значений вибрационных, механических и эксплуатационных параметров (базы данных), просмотр и анализ архивных данных;

оперативная и постоперативная диагностика вибрационного состояния турбоагрегатов;

обслуживание балансировочных и виброналадочных работ;

отображение и документирование информации;

распределение информации по рабочим станциям АСКВД с помощью сети Ethernet.

Отличительные особенности:

реализация системы в виде распределенной сети, обслуживающей все турбоагрегаты электростанции. Представление информации о вибрационном состоянии оборудования всем заинтересованным службам и специалистам электростанции непосредственно на рабочих местах пользователей;

автоматическое определение режимов эксплуатации турбоагрегата, возможность контроля и предупредительной сигнализации по индивидуальным уставкам, задаваемым для каждого режима.

автоматическое определение вибрационных параметров (амплитуд и фаз) на критических частотах вращения роторов, просмотр и анализ трендов вибрационных параметров на критических частотах;

быстрый просмотр архивных данных (трендов) за любой интервал времени с помощью гистограмм, спектрограмм и таблиц;

возможность контроля минимального динамического зазора в подшипниках скольжения при использовании аппаратуры контроля относительной вибрации роторов;

возможность организации работ по ретроспективном о анализу и диагностике вибрационного состояния агрегатов разных электростанций по архивным данным АСКВД на базе специализированных (энергоремонтных) предприятий энергосистем, осуществляющих вибрационное обслуживание.

Элементы системы "Каскад":

виброканалы для измерения абсолютной вибрации - однокомпонентные пьезоэлектрические вибропреобразователи со встроенной электроникой ВК-310 или выносной электроникой ВК-312 ВК-315 имеют нормированный выход по виброскорости, выход по току и преобразователь в двухпроводную линию;

виброканалы ВК-316 для измерения относительной вибрации и механических величин - вихретоковые преобразователи со встроенной или выносной электроникой;

вторичные блоки преобразователей ВК-321 и ВК-361 - блоки, которые вместе с виброканалами обеспечивают сигнализацию и отключение механизмов при превышении допустимого уровня вибрации (2 уставки - аварийная и предупредительная). К каждому вторичному блоку при помощи кабеля длиной до 1000 м подсоединяется один из виброканалов ВК-310 ВК-312 ВК-315ВК-316 Превышение уровня вибрации индицируется светодиодами на лицевой панели блока и приводит к срабатыванию встроенных реле (одно реле на каждую уставку). Блоки имеют встроенный аналоговый индикатор и цифровой индикатор, указатель неисправности кабеля, память для фиксации факта срабатывания реле;

вторичные блоки ВК-320 и ВК-320В предназначены для работы в системах автоматики. Подключаются к любому виброканалу и обеспечивают выход "4.20 мА", гальваническую развязку, искрозащиту, сигнализацию и отключение механизмов при превышении допустимого уровня вибрации (для вторичного блока ВК-320 - сухие контакты реле);

плата АЦП типа L-1450 производства ЗАО "L-CARD" предназначена для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму, для ввода, вывода и обработки аналоговой и цифровой информации с помощью программы вибромониторинга "VM-2000" и последующей передачи информации с протоколом Fast ETHERNET на рабочие станции с программным обеспечением "верхнего уровня". Плата устанавливается в промышленный компьютер "ADVANTECH" IPC-6806;

программное обеспечение "Вибромониторинг-2000" - АСКВД представляет собой аппаратно - программный комплекс с распределенными вычислительными и информационными ресурсами, предназначенный для контроля, анализа и диагностики вибрационного и механического состояния энергетических турбоагрегатов и другого вращающегося оборудования. АСКВД является системой непрерывно - периодического действия, которая может работать как автономно, так и в составе АСУТП электростанции.

Пьезоэлектрический преобразователь (далее - датчик) вибропреобразователя устанавливается на контролируемом агрегате. Измерение вибрации производится в осевом направлении датчика. Датчик преобразует механические колебания в электрический сигнал. Сигнал поступает на согласующий усилитель (встроенный в вибропреобразователь ВК-310, или выносной, соединенный с вибропреобразователем вибростойким кабелем в металлорукаве для ВК-312 (рисунок 4.1, 4.2).

Рисунок 4.1 - Вибропреобразователь ВК-310 со встроенной электроникой

Рисунок 4.2 - Вибропреобразователи ВК-312 с выносной электроникой

В согласующем усилителе сигнал поступает на входной усилитель заряда с фильтрами, а затем на интегратор. С выхода интегратора сигнал подается на преобразователь "напряжение-ток". Параметры этого преобразователя позволяют устанавливать вторичный блок на расстоянии до 1000 м от вибропреобразователя. Вибропреобразователь соединяется со вторичным блоком двухпроводной линией. Преобразователь "напряжение-ток" модулирует ток в линии связи между вибропреобразователем и вторичным блоком пропорционально мгновенному значению виброскорости. Одновременно по этой линии, напряжение питания поступает от вторичного блока к вибропреобразователю. Такая линия связи отличается высокой помехоустойчивостью и отсутствием перекрестного влияния каналов друг на друга при прокладке нескольких пар связи в одной оболочке [5].

Входным сигналом вторичного блока является переменный ток, пропорциональный мгновенному значению виброскорости, который по двухпроводной линии через барьер искрозащиты подается на преобразователь "ток-напряжение" (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Структурная схема вибропреобразователя ВК-310 (встроенный согласующий усилитель)

Рисунок 4.4 - Структурная схема вибропреобразователей ВК-312 (выносной согласующий усилитель)

Переменная составляющая напряжения с выхода преобразователя через нормирующий усилитель поступает на детектор средних квадратических значений (СКЗ). Узел уставок следит за СКЗ виброскорости и обеспечивает замыкание нормально разомкнутых контактов предупредительного и/или аварийного реле при превышении установленных уставок (кроме ВК-320В).

Нормирующий усилитель обеспечивает на выходе переменное напряжение в диапазоне "0.3 В", пропорциональное измеряемому СКЗ виброскорости.

Выходной преобразователь "напряжение-ток" обеспечивает на выходе постоянный ток, пропорциональный СКЗ виброскорости в диапазонах 0.5 мА и 4.20 мА у вторичного блока ВК-321 и 4.20 мА у вторичных блоков ВК-320 и ВК-320В. Блок питания обеспечивает стабилизированным питанием вторичный блок и вибропреобразователь.

1 - барьер искрозащиты с преобразователем "ток-напряжение"; 2 - блок питания; 3 - нормирующий усилитель; 4 - узел уставок; 5 - детектор СКЗ; 6 - преобразователь "напряжение-ток".

Рисунок 4.5 - Структурная схема вторичного блока ВК-320

Рисунок 4.6 - Общий вид вторичного блока ВК-320

Прибор обеспечивает выполнение следующих основных функций:

индицирование на передней панели состояния превышения предупредительного и аварийного уровней вибрации;

регулирование уровня срабатывания предупредительной и аварийной сигнализации;

запоминание факта срабатывания аварийной сигнализации с последующим ручным сбросом (сброс происходит только на вторичном блоке ВК-321);

формирование сигнала для управления внешними устройствами защиты при превышении установленных предупредительного и аварийного уровня виброскорости;

формирование выходных сигналов напряжения и тока, пропорциональных уровню виброскорости контролируемого объекта;

обеспечение питанием согласующий усилитель (далее по тексту - согласующий усилитель) вибропреобразователя по искробезопасной цепи;

индицирование неисправностей (обрыв или короткое замыкание) линий связи с вибропреобразователем.

Таблица 4.2 - Технические характеристики системы "Каскад"

Характеристика

Значение

Амплитудный диапазон, мм/с

0,5.300

Количество каналов

16

Частотный диапазон, Гц

20.200

Погрешность, %

3

Уставки, мм

Две, 1.30

(10.500 мкм)

Рабочая температура преобразователей, єC:

первичный преобразователь

вторичный преобразователь

минус 30. +80

минус 30. +60

Питание, B

~220

Потребляемая мощность, Вт

50

Сравнив технические характеристики и стоимости систем, выберем систему контроля вибрации "Каскад".

4.3 Разработка программы управления насосным агрегатом

4.3.1 Описание работы контроллера Modicon TSX Quantum

Управление насосным агрегатом осуществляется контроллером. Он производит опрос датчиков и вырабатывает сигналы управления. К функциям, выполняемым контроллером, относятся:

контроль и сигнализация предельных значений;

управление объектом.

Сигнализация реализуются путем сравнения технологического параметра с определенным предельным значением (уставкой). В результате вырабатывается соответствующий сигнал.

Управление реализуется при помощи сравнения с граничными значениями и вырабатывается сигнал отключения. В частности для данного объекта это управляющие сигналы на отключение насосного агрегата.

Все первичные преобразователи подают на вход контроллера унифицированные токовые сигналы 4.20 мА. Данные сигналы принимаются контроллером и обрабатываются при помощи программы, загруженной из памяти программ.

В качестве примера можно представить аппаратуру контроля вибрации "Каскад".

4.4 Инструментальная система программирования промышленных контроллеров

Прикладное программное обеспечение (ПО) современных программируемых логических контроллеров (ПЛК), имеющих встроенную операционную систему, может быть разработано как с использованием традиционных инструментальных средств (компиляторы языков СИ, Паскаль, Фортран, Бейсик и т.д.), так и на основе специализированных языковых средств. Традиционная технология требует от разработчика знаний не только в области использования языков программирования, но и особенностей операционной системы, а также аппаратных возможностей данного контроллера и организации системы ввода/вывода. При этом разработанное ПО будет привязано только к данному типу контроллера и не может быть перенесено на другую аппаратно-программную платформу [6]. Потребность в специальных платформе - независимых языках программирования возникла давно. Она послужила причиной объединения усилий ведущих производителей контроллеров по разработке под эгидой Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) стандарты на такие языки программирования ПЛК. Одной из первых реализации стала инструментальная система ISaGRAF.

Одной из первых реализаций этого стандарта стала инструментальная система ISaGRAF, разработанная компанией CJlnternational (Франция).

4.4.1 Архитектура ISaGRAF

Система ISaGRAF состоит из двух частей: системы разработки ISaGRAF Workbench системы исполнения ISaGRAF Target. Система разработки представляет собой набор Windows - приложений, интегрированных в единую инструментальную среду и работающих под операционной системой (ОС) Windows 95/98/NT/XP.

Основу системы исполнения составляет набор программных модулей (для каждой целевой системы свой), выполняющих самостоятельные задачи, под управлением ядра ISaGRAF.

Ядро ISaGRAF реализует поддержку стандартных языков программирования, типового набора функций и функциональных блоков и драйверов ввода/вывода. Задача связи обеспечивает поддержку процедуры загрузки пользовательского ISaGRAF - приложения со стороны программируемого контроллера, а также доступ к рабочим переменным этого приложения со стороны отладчика системы разработки ISaGRAF. Взаимодействие систем разработки и исполнения осуществляется по протоколу MODBUS, что дает возможность доступа к данным контроллера не только отладчику ISaGRAF, но и любой системе визуализации и управления данными (SCADA). Драйверы устройств сопряжения с объектом организуют прозрачный доступ к аппаратуре ввода/вывода. Функции пользователя реализуют процедуры и алгоритмы функций. Системные функции предназначены для описания специфики конкретной ОС, реализованной на данном типе контроллеров.

4.4.2 Языки программирования, реализованные в ISaGRAF

В ISaGRAF заложена методология структурного программирования, позволяющая пользователю представить автоматизированный процесс в наиболее легкой и понятной форме. Стандартом МЭК 61131-3 определяется пять языков три графических (SFC, FBD, LD) и два текстовых (ST, IL). Помимо этих языков, ISaGRAF предлагает язык блок-схем (Flowchart). Все эти языки программирования интегрированы в единую инструментальную среду и работают с едиными объектами данных.

SFC - графический язык последовательных функциональных схем (Sequential Function Chart). Язык SFC предназначен для использования на этапе проектирования ПО и позволяет описать "скелет" программы - логику ее работы на уровне последовательных шагов и условных переходов.

FBD - графический язык диаграмм релейной логики (Ladder Diagramm). Язык FBD применяется для построения комплексных процедур, состоящих из различных библиотечных блоков - арифметических, тригонометрических, регуляторов, мультиплексоров и т.д.

LD - графический язык диаграмм релейной логики (Ladder Diagram). Язык LD применяется для описания логических выражений различного уровня сложности.

ST - язык структурированного текста (Structured Text). Это язык высокого уровня, по мнемонике похож на Pascal и применяется для процедур обработки данных. Из выше перечисленных языков выбираем язык ST, так как он наиболее приемлем как по уровню, так и по синтаксису, и удобен для реализации сложных алгоритмов и процедур.

4.5 Описание языка ST

ST (Structured Text) - текстовый высокоуровневый язык общего назначения, по синтаксису похожий на Паскаль. Происхождение: Grafcet (Telemechanique-Groupe Schneider). Язык по умолчанию используется для описания действий внутри шагов и переходов.

ST программа - это список ST операторов. Каждый оператор заканчивается точкой с запятой (;). Имена, используемые в исходном коде (идентификаторы переменных, константы, ключевые слова), разделены неактивными разделителями (пробелами, символами окончания строки и табуляции) или активными разделителями, которые имеют определенное значение (например, разделитель ">" означает сравнение "больше чем"). В текст могут быть введены комментарии. Комментарий должен начинаться с " ("и заканчиваться")". Каждый оператор заканчивается точкой с запятой.

Основные операторы языка ST:

оператор присвоения (variable: = expression);

вызов подпрограммы или функции;

вызов функционального блока;

операторы выбора (IF, THEN, ELSE, CASE);

итеративные операторы (FOR, WHILE, REPEAT);

управляющие операторы (RETURN, EXIT);

специальные операторы для связи с такими языками как SFC.

Выражения.

() - для выделения частей выражения с целью изменения приоритета выполнения операций, в их отсутствии используется приоритет по умолчанию;

: = - присваивает переменной значение некоторого выражения или константы:

< переменная >: = <любое выражение или константа >

Переменная должна быть внутренней или входной и иметь один тип с выражением.

Булевы операторы:

NOT, AND, OR, XOR.

Арифметические операторы:

+ (сложение), - (вычитание), * (умножение), / (деление).

Операторы сравнения:

<, >, =, <>, <=, >=.

Оператор RETURN.

RETURN завершает выполнение текущей программы. В блоке операций на языке SFC оператор RETURN обеспечивает конец выполнения блока.

Оператор IF - THEN - ELSE

if < условие1 >

then

< оператор1 >;

< оператор2 >;

elsif < условие2 >

then < список операторов >;

else < список операторов >;

end_if;

Оператор WHILE.

While - это циклическая структура для группы операторов на языке ST, условие продолжения которой вычисляется до каждой итерации.

While < условие > do

< оператор 1 >;

< оператор 2 >;

end_while;

Примечание: так как система программирования и исполнения программ на языке ST является циклически синхронизированной, то исходные переменные не обновляются в течение операции while и, следовательно, изменение состояния входной переменной не может быть использовано для описания условия оператора while.

Оператор REPEAT.

Repeat - циклическая структура, условие продолжения которой вычисляется после каждой итерации.

Repeat

< оператор 1 >;

< оператор 2 >;

until < условие >;

end_repeat;

Примечание аналогичное для while.

Оператор FOR.

for - выполняет ограниченное количество итераций, используя целочисленную переменную (integer) для ограничения.

for < index >: = < min > to < max > by <step > do

< оператор 1 >;

< оператор 2 >;

end_for;

где index - внутренняя переменная, step - шаг изменения переменной.

Оператор CASE.

case - оператор выбора из нескольких возможных вариантов.

case < выражения > do

1: < список операторов 1 >;

2,3: < список операторов 2 >;

5.7: < список операторов 3 >;

else < список операторов else >;

end_case;

Управляющая конструкция case передает управление тому списку операторов, для которого значение константы совпадает со значениям выражения.

Операторы управления таймерными параметрами.

TSTART - пуск обновление таймерной переменной. После выполнения этого оператора таймерная переменная наращивается на каждом временном цикле выполнения программы вплоть до остановки оператором TSTOP, называемого остановка обновления. Операторы TSTART и TSTOP не присваивают значение таймерной переменной.

4.6 Создание проекта и программ в системе ISaGRAF

Имена проектов и программ подчиняются следующим правилам:

максимальная длина имени - 8 символов;

первый символ должен быть буквой;

следующие символы могут быть буквами, цифрами или символом "_";

для имени программы регистр символов является несущественным.

Программы изображаются в виде иерархического дерева и разделены на три логические секции. Программы верхнего уровня всегда активны и выполняются в следующем порядке:

чтение входных данных;

выполнение программ верхнего уровня секции BEGIN (начальной);

выполнение программ верхнего уровня секции SEQUENTIAL (последовательной);

выполнение программ верхнего уровня секции END (конечной);

обновление выходных данных.

Программы верхнего уровня секции BEGIN и END не могут быть описаны на языке SFC и наоборот, программы верхнего уровня секции SEQUENTIAL должны быть описаны на языке SFC. Язык SFC не может быть использован для циклических программ и их подпрограмм.

Объявление переменных осуществляется в словаре "Dictionary". Уровень использования переменной или пользовательских определений - это набор объектов, которые могут использовать эти переменные или определения.

Существует 3 уровня:

COMMON (общие) - доступны любой программе любого проекта;

GLOBAL (глобальные) - доступны любой программе выбранного проекта;

LOCAL (локальные) - доступны выбранной программе выбранного проекта.

Переменные ввода/вывода всегда относятся к уровню GLOBAL. Уровень COMMON используется только для пользовательских определений.

При задании имени переменных руководствуются следующими правилами:

максимальная длина имени - 16 символов;

первый символ должен быть буквой;

следующие символы могут быть буквами, цифрами или символом "_”;

для имени переменной регистр символов является несущественным.

Программы верхнего уровня секций BEGIN и END не могут быть описаны на языке SFC. И наоборот, программы верхнего уровня секции SEQUENTIAL должны быть описаны на языке SFC.

Владельцем подпрограммы может быть только одна родительская программа. Подпрограмма может иметь локальные переменные и пользовательские определения. Для описания подпрограммы может быть использован любой язык, кроме SFC.

Присоединение переменных ввода/вывода позволяет программисту определить физические платы систем и каким образом переменные ввода/вывода присоединяются к каналам этих плат. Переменные ввода/вывода должны быть объявлены в словаре до присоединения их к платам ввода/вывода.

Команда "Make Application" позволяет пользователю проверить синтаксис программ выбранного проекта. Если программы проверены на наличие ошибок (и ошибки не обнаружены), при генерации кода они больше не проверяются до тех пор, пока не будут изменены их пользовательские определения или переменные.

В режиме "Имитация" открывается окно имитатора системы исполнения. Этот режим полезен для тестирования любой прикладной программы, когда аппаратные средства системы исполнения недоступны.

4.7 Программирование контроллера

Работа начинается с создания проекта в ISaGRAF. В описании проекта (Edit description) можно указать автора проекта, его название, версию. В самом проекте создается программа (File - New), при этом можно указать какой язык программирования будет использоваться, тип программы [6].

Перед тем, как ввести текст программы, необходимо объявить используемые в ней переменные. Это выполняется с помощью команд меню "Dictionary".

Глобальные переменные (global variables) доступны любой программе созданного проекта. Среди переменных можно выделить следующие:

аналоговые;

логические;

таймерные.

Переменные могут быть входными, выходными и внутренними. Аналоговые переменные могут быть целочисленными или вещественными.

Список переменных, применяемых в программе для данного проекта, приведен в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Список переменных

Идентифи - катор

Сигнал

Тип сигнала

Описание

Xpusk1

Boolean

Input

Пуск НА с закрытой задвижкой

Xpusk2

Boolean

Input

Пуск НА с преоткрытой задвижкой

Xpusk3

Boolean

Input

Пуск НА с открытой задвижкой

Xv

Boolean

Input

Всасывающий клапан открыт

Xn

Boolean

Input

Напорный клапан открыт

Xad

Boolean

Input

ЭД включен

Xc

Boolean

Input

Номинальная частота ЭД

Xstop1

Boolean

Input

Остановка НА с закрытой задвижкой

Xstop2

Boolean

Input

Остановка НА с преоткрытой задвижкой

Xstop3

Boolean

Input

Остановка НА с открытой задвижкой

Y

Boolean

Input

Выключение аварийной сигнализации

Uv

Boolean

Output

Открытие всасывающего клапана

Un

Boolean

Output

Открытие напорного клапана

Uad

Boolean

Output

Включение ЭД

I

Boolean

Output

Аварийная сигнализация

Sn

Messages

Output

Сообщение о состоянии напорной задвижки

Sv

Messages

Output

Сообщение о состоянии всасывающего клапана

Sad

Messages

Output

Сообщение о состоянии ЭД

SAlarm

Messages

Output

Сообщение о состоянии в случае аварии

T1

Timers

Internal

Таймеры для выдержки времени при открытии клапанов (8 сек) и включении ЭД (10 сек)

T2

Timers

Internal

4.8 Алгоритм сигнализации и управления насосным агрегатом

Программа включения на "закрытую задвижку" предусматривает сначала полное открытие задвижки на всасывании, затем запуск основного электродвигателя и после этого - открытие напорной задвижки. Перед включением этой программы обе задвижки агрегата закрыты. Программа на "закрытую задвижку" обеспечивает наиболее легкие условия включения основного электродвигателя, так как в период запуска насос потребляет наименьшую возможную мощность, но создает большие давления на корпус насоса и саму задвижку. Поэтому программа включения агрегата "на закрытую задвижку" может быть рекомендована только в случаях, когда другие программы включения не допускаются схемой электроснабжения станции.

Программа включения на "приоткрытую задвижку" отличается от описанной выше только тем, что напорная задвижка агрегата включается на открытие немного раньше, чем запускается основной электродвигатель. Таким образом, облегчаются условия работы электропривода задвижек, так как в момент запуска и достижения номинальной частоты вращения электродвигателя привода затвор задвижки практически разгружен. Промежуток времени между включением напорной задвижки и включением основного электродвигателя по возможности увеличивается, если это допускают условия пуска основного двигателя, что позволяет уменьшить давление на корпус насоса и напорную задвижку при включении, а также уменьшить ударную нагрузку на обратный клапан.

Программа включения на "открытую задвижку" предусматривает запуск основного двигателя агрегата после полного открытия напорной задвижки. По этой программе корпус насоса и напорная задвижка в процессе включения агрегата практически не испытывают давления большего, чем при работе агрегата в стационарном режиме; обратный клапан практически не испытывает ударной нагрузки, и перепад давления на напорной задвижке в процессе ее открытия отсутствует.

Граф переходов алгоритма представлена на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 - Граф переходов алгоритма управления МНА

4.9 Результаты работы программы

Система программирования ISaGRAF позволяет осуществить эмуляцию работы контроллера при помощи меню Debug - Simulate. Для этого необходимо связать входные и выходные переменные с панелями ввода/вывода (пункт меню Make - I/O Connection) и произвести компиляцию программы (пункт меню Make - Make application). Покажем работу программы для разных вариантов входных сигналов [6].

Выход МНА на рабочий режим осуществляется следующим образом. После выбора программы запуска с пульта управления АРМа оператора (в данном случае выбираем программу запуска на закрытую задвижку) подается сигнал Pusk. После чего происходит запуск вспомогательных систем и МНА (рисунок 4.8).

Рисунок 4.8 - Подача команды Xpusk1 и пуск в нормальном режиме работы НА на закрытую задвижку

Во время запуска МНА производится выбор метода запуска, в данном случае на приоткрытую задвижку (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9 - Подача команды Xpusk2 и пуск в нормальном режиме работы НА на приоткрытую задвижку

На рисунке 4.10 показан пуск насоса в нормальном режиме при открытой задвижке.

Рисунок 4.10 - Подача команды Xpusk3 и пуск в нормальном режиме работы НА на открытую задвижку

Во время работы НА возможны аварийные ситуации. При превышении оборотов подшипников, если не подать команду (в течение 8 сек) на открытие всасывающего клапана (рисунок 4.11), то об этом сигнализирует электрическое табло и срабатывает звуковая сигнализация.

Рисунок 4.11 - Срабатывание аварийной сигнализации

После выбора программы останова с пульта управления АРМа оператора (в данном случае выбирается программа остановки МНА всех трех режимов работы задвижек) подается сигнал на отключение электропривода МНА и на закрытие входной и выходной задвижек МНА.

Повторный запуск МНА осуществляется только после устранение всех алармов.

5. Охрана труда и техника безопасности магистральной насосной МНПП "Уфа-Западное направление"

Темой дипломного проекта, является автоматизация магистрального насосного агрегата ЛПДС "Черкассы".

С целью обеспечения безопасности производства при монтаже, эксплуатации и ремонте средств автоматизации, в данном разделе необходимо дать характеристику производственной среды, в которой будет произведена модернизация системы автоматики, и провести анализ опасных и вредных производственных факторов.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены