Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Системы приточной и вытяжной вентиляции представляют собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов: машин, агрегатов и устройств, а также архитектурно - строительных сооружений, объединенных единством цели создания и функционирования. Этот комплекс обладает определенной структурой и закономерностями взаимодействия ее элементов, как между собой, так и с некоторой внешней средой. Каждая из систем вентиляции в той или иной мере является множеством связанных сложными связями взаимодействующих элементов, представляющих собой не простое суммирование, а особое соединение, которое в целом придаст каждой системе новые качества, отсутствующие у каждой из них в отдельности.

Автоматизированная система управления технологическим процессами должна обеспечивать безаварийную качественную работу производства с минимальным числом обслуживающего персонала.

Т.к. объект является взрыво- и пожароопасным, это требует особо ответственных решений по обеспечению безопасности производства. Размещение объекта в зоне крайнего севера и в зоне вечной мерзлоты также накладывает свои специфические требования к системе контроля и управления, по выбору оборудования и монтажа.

Современные системы автоматики и телемеханики относят к классу сложных диагностируемых систем, характеризующихся иерархической структурой, при которой отказ подсистемы чаще всего не приводит к отказу всей системы, а несколько снижает эффективность её применения.

АСУТП разрабатывается для повышения эффективности управления технологическим процессом и обеспечения требуемого качества получаемых продуктов за счет использования средств ЭВМ.

Основой разрабатываемой системы управления является набор аппаратных и программных средств управления SIMATIC фирмы SIEMENS. Компоненты SIMATIC отвечают самым высоким современным требованиям к производительности, надежности, безопасности и удобству управления.

Цели создания АСУ:

Управление технологическими параметрами в соответствии с требованиями регламента

Обеспечение оперативного персонала информацией о ходе технологического процесса

Согласование работы сложной взаимосвязи оборудования внутри технологических установок и обеспечение взаимодействие установок между собой

Уменьшение времени достижения режимных значений параметров системы

Обеспечение непрерывности работы технологических установок

Предотвращение аварийных ситуаций на объекте и обеспечение его правильного функционирования

Снижения затрат на ремонт за счет точного соблюдения технологических режимов и раннего диагностирования возможных неисправностей

Оптимизация работы технологических параметров установки и уменьшения удельного потребления энергоресурсов

Защита от несанкционированного вмешательства в технологический процесс и фиксация всех действий оперативного персонала при управлении

Повышение производительности труда обслуживающего персонала и сокращение ручных операций за счет использования средств микропроцессорной техники

Архивация данных, позволяющая оценить качество управления технологическими процессами с целью выработки рекомендации по улучшению работы установок

Для решения поставленных задач, используются программное и аппаратное обеспечение, такие как интегрированный человеко-машинный интерфейс; контроллеры фирмы Siemens, аналоговые датчики и дискретные исполнительные механизмы. Программная среда, которая полностью интегрирует программное обеспечение для управления установкой в автоматизируемый процесс. STEP 7 ver. 5 - стандартное программное обеспечение для создания программ, используемых в программируемых логических контроллерах, на языках программирования контактный план, функциональный план или список операторов для станций Simatic S7-300.

программный автоматизируемый simatic

1. Анализ объекта управления и задачи управления

1.1 Описание объекта управления

РИС. 1ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ Ч.1

РИС.2 ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ Ч.2

На рис.1,2 изображен объект управления.

Технологическим объектом автоматизированной системы является система вентиляции, которая находится в составе нефтеперекачивающей насосной станции около населенного пункта «Лопатино». Система вентиляции предназначена для корректной работы насосной станции, а так же для поддержания заданных параметров воздуха.

Объем воздуха, ежедневно прокачиваемым вентиляторами системы П1, П2 и резервными вентиляторами систем П1а, П2а составляет 3822м3/ч и 957м3/ч соответственно.

Насосная станция находится на крайнем севере.

Исходя из этого, к ней были предъявлены соответствующие требования. Воздух, находящийся внутри помещений, может изменять свой состав, температуру и влажность под действием самых разнообразных факторов: изменений параметров наружного (атмосферного) воздуха, выделения тепла, влаги, пыли и вредных газов от технологического оборудования. В результате воздействия этих факторов воздух помещений может принимать состояния, неблагоприятные для самочувствия людей или препятствующие нормальному протеканию технологического процесса. Чтобы избежать чрезмерного ухудшения качества внутреннего воздуха, требуется осуществлять воздухообмен, то есть производить смену воздуха в помещении. При этом из помещения удаляется загрязненный внутренний воздух и взамен подается более чистый, как правило, наружный воздух.

Таким образом, основной задачей вентиляции является обеспечение воздухообмена в помещении для поддержания расчетных параметров внутреннего воздуха.

Вентиляцией называется совокупность мероприятий и устройств, обеспечивающих расчетный воздухообмен в помещении.

Вентиляция помещений обычно обеспечивается при помощи одной или нескольких специальных инженерных систем - систем вентиляции, которые состоят из различных технических устройств. Эти устройства предназначены для выполнения отдельных задач: нагревание воздуха (воздухонагреватели), очистка (фильтры), транспортирование воздуха (воздуховоды), побуждение движения (вентиляторы), распределение воздуха в помещении (воздухораспределители), открывание и закрывание каналов для движения воздуха (клапана и заслонки), снижение уровня шума (шумоглушители), снижение вибрации (виброизоляторы и гибкие вставки), и многое другое. Кроме применения технических устройств для нормального функционирования вентиляции требуется реализация некоторых технических и организационных мероприятий. Так, для снижения уровня шума требуется соблюдение нормируемых скоростей воздуха в воздуховодах, для снижения утечек воздуха из воздуховодов качественное их изготовление и монтаж, а также использование герметизирующих материалов. Требуется обеспечить правильное управление работой систем вентиляции, что достигается использованием средств автоматики в совокупности с ручным управлением и настройкой.

Система вентиляции является развитой инженерной системой. Она способна обеспечивать поддержание на требуемом уровне широкого набора параметров воздуха:

- температура;

- подвижность (скорость);

- относительная влажность;

- запыленность;

- концентрация вредных веществ.

Вентиляционная система - это совокупность устройств для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха. Системы вентиляции можно классифицировать в зависимости от их функционального назначения и принципиальных конструктивных особенностей.

По назначению системы вентиляции делятся на приточные и вытяжные. Фактически это есть деление по направлению движения перемещаемого воздуха: приточные системы подают воздух в помещение, а вытяжные удаляют воздух из него.

При проектировании систем вентиляции приходится стремиться, чтобы они как можно лучше удовлетворяли самым различным требованиям: санитарно-гигиеническим, энергетическим, пожарной безопасности и другим.

Санитарно-гигиенические требования заключаются в том, что вентиляция должна обеспечивать в помещениях состояние воздуха, соответствующее требованиям санитарных норм. В помещениях должны поддерживаться установленные значения температуры, влажности, концентрации вредных веществ.

Энергетические требования заключаются в том, что системы вентиляции должны выполнять возложенные на них функции при минимальном потреблении тепловой и электрической энергии. Выполнение данного требования обеспечивается внедрением современных методов конструирования оборудования и современных технологий его изготовления, правильным выбором размеров оборудования и вентиляционных каналов, использованием более эффективного и экономичного оборудования, использованием вторичных энергетических ресурсов (в первую очередь использованием теплоты удаляемого вентиляционного воздуха), применением современных цифровых систем автоматического регулирования (САР). Использование современных САР позволяет оптимизировать работу оборудования в самых различных режимах и эффективно управлять даже очень сложными системами, добиваясь минимума потребления энергии.

Требования пожарной безопасности заключаются в том, что должна быть исключена возможность возникновения пожара при эксплуатации системы вентиляции. Это достигается применением специальных защитных отключающих устройств на воздухонагревателях и двигателях вентиляторов, насосов и компрессоров. Кроме того, если система вентиляции обслуживает пожаро- или взрывоопасное помещение, используемое оборудование должно быть выполнено во взрывозащищенном исполнении. При необходимости на вентиляционных каналах устанавливаются специальные огнезадерживающие клапаны.

Система вентиляции административно бытового корпуса может работать в двух следующих режимах:

1. Летний

2. Зимний

Система вентиляции работает следующим образом. Наружный воздух поступает на теплообменник. Температура наружного воздуха контролируется с помощью датчика температуры. Проходя через радиатор теплообменника, воздух нагревается до требуемой температуры, если это необходимо, иначе воздух проходит без изменения своей температуры. Прежде чем воздух попадает в помещение, он проходит необходимую очистку от взвешенных частиц и различных примесей. Далее воздух поступает на вентилятор, с которого воздушный поток распределяется по помещениям. [1]

На пути между вентилятором и теплообменником в воздуховоде установлена воздушная заслонка, которая регулирует интенсивность подаваемого воздуха. Для контроля температуры воздуха, поступающего в помещения здания, установлен датчик температуры. Также датчик температуры установлен на трубопроводе обратной воды из калорифера.

Если температура воздуха поступающего в помещение ниже требуемой, то подача воздуха в помещение ограничивается с помощью воздушной заслонки. Если же поступающий в помещения воздух не нагревается до требуемой температуры, допускается останов вентилятора. В этом случае будет производится рециркуляция воздуха находящегося в помещении, но следует отметить, что минимальное количество наружного воздуха поступающего в систему, по СНиП 2.04.05-91, не должно быть меньше 20% от общего количества приточного воздуха.

Если же температура приточного воздуха выше установленной (при условии что температура наружного воздуха ниже чем требуемая температура воздуха в помещении), то начинает закрываться заслонка клапана обратного трубопровода, что влечет за собой уменьшение количества горячей воды подмешиваемой к циркулирующей в контуре. Таким образом, начнет уменьшаться температура теплоносителя в теплообменнике, так как вода через радиатор теплообменника будет отдавать часть тепла воздуху. Следовательно, и воздух, прошедший через радиатор теплообменника будет получать меньшее количество тепла. В случае если заслонка клапана полностью закрыта, а температура приточного воздуха остается выше установленной, то выключается вентилятор. Если температура обратного теплоносителя станет меньше 20 градусов, то происходит отключение вентилятора (если он работает) или полное открытие клапана на трубопроводе обратного теплоносителя.

Электропневматические позиционеры управляющие клапанами, установленными на трубопроводах обратной воды из теплообменника предназначены для поддержания определенной температуры в воздуховоде (на входе в помещение), если эта температура больше заданной, то происходит открытие клапана, что увеличивает отток горячей воды из калорифера и снижает температуру. Если же температура наоборот меньше, то клапан закрывается и воздух нагревается сильнее.

В случае если температура приточного воздуха и наружного выше требуемой температуры в помещении, то полностью отключается вентилятор и максимально откроется заслонка клапана обратного трубопровода, обеспечив при этом максимальный отток горячей воды из теплообменника, что приведет к минимальному влиянию теплообменника на температуру наружного воздуха, то есть он не будет дополнительно подогреваться.

Как отмечалось ранее, система вентиляции и кондиционирования может работать в нескольких различных режимах. Рассмотрим работу системы в каждом из этих режимов.

Зимний режим работы

По команде «ПУСК» включается обогрев воздушной заслонки, автоматически через 3 мин после включения обогрева заслонки она открывается, после чего включается вентилятор. При температуре обратного теплоносителя меньше 20 градусов вентилятор отключается, вследствие отключения вентилятора закрывается заслонка. Если же температура обратного теплоносителя больше 20 градусов, то вентилятор наоборот включается.

Летний режим работы

При работе в данном режиме нам не нужно выполнять обогрев заслонки и нагревать наружный воздух, то есть контроль за температурой обратной воды из теплообменника не требуется, так как клапан обратного трубопровода полностью закрыт, в остальном же работа системы вентиляции аналогична.

По команде «ПУСК» открывается заслонка, после чего включается вентилятор. При выключении вентилятора автоматически закрыть заслонку. При ручном закрытии заслонки автоматически выключить вентилятор.

В обоих режимах открыть или закрыть заслонку можно также и вручную, путем воздействия на кнопки «ОТКРЫТЬ/ЗАКРЫТЬ ЗАСЛОНКУ». Включить или выключить вентилятор можно также с помощью воздействия на кнопки «СТОП», «СТОП1» (с помощью этой кнопки отключаются все системы вентиляции), также вентилятор автоматически отключается при получении сигнала «ПОЖАР».

При отсутствии нагнетания в воздуховоде П3 отключить вентилятор вентиляционной системы П3, вместо него включить вентилятор П3а и наоборот.

Отключение вентиляторов всех систем (приточных и вытяжных) по сигналу «ПОЖАР» или по команде «СТОП1» (воздействие на кнопку 1SB1).

Автоматическое закрытие огнезадерживающих клапанов по сигналу «ПОЖАР» или вручную по команде «ЗАКРЫТЬ BV1…BV16» (закрытие происходит по этажам, сразу закрывается пять клапанов).

Для диагностики системы и контролирования параметров в систему введены датчики обратной связи.

В приточной вентиляционной системе подающей воздух в помещения щитовой и операторной дополнительно установлены два вентилятора и датчики-реле потока воздуха. С помощью датчиков-реле давления определяется исправность вентиляторов П1 и П1а. При отсутствии нагнетания от одного вентилятора происходит переключение на резервный вентилятор и наоборот. Подобная предосторожность вызвана тем, что в этих помещениях установлено большое количество тепловыделяющего оборудования и необходима непрерывная вентиляция.

Датчик температуры установленный на обратном трубопроводе контролирует температуру обратной воды поступающей с выхода теплообменника. Введение для контроля температуры этого датчика необходимо для предотвращения замерзания воды в радиаторе теплообменника. Датчик срабатывает при температуре 20°С. Если при этом температура наружного воздуха меньше 5°С, то срабатывает защита от замораживания. Защита от замораживания заключается в следующем: выключает вентилятор, а через некоторый промежуток времени, если датчик не отключился, открывается заслонка клапана подающего трубопровода, обеспечивая тем самым нагревание радиатора теплообменника.

1.2 Выбор системы управления

Выбор системы управления на элементах фирмы Siemens основывался на анализе существующих систем управления многих фирм. Необходимые технические данные приведены в таблице 1.

Современный этап развития АСУ ТП можно характеризовать появлением индустриальных технологий создания и внедрения АСУ ТП на базе серийно выпускаемых промышленных контроллеров, совместимых с ПК и мощных программных комплексов поддержки программирования АСУТП - SCADA систем, а также развития и стандартизации сетевых технологий.

Все распределенные промышленные системы имеют иерархическую структуру, для разных уровней которой предъявляются различные требования по производительности, предсказуемости времени доставки информации, помехоустойчивости и др. На нижних уровнях иерархии (сбор данных с датчиков и управление исполнительными устройствами) используются так называемые полевые шины. Среди них наиболее широкое применение, особенно в Европе, получила шина Profibus, которая активно продвигается на рынок АСУ ТП компанией Siemens, ControlNet и Remote I/O, предлагаемые фирмой Allen-Bradley. Все ниже перечисленные контроллеры способны работать на шине Profibus (табл.1).

На верхнем иерархическом уровне автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) доминирующим типом сети в настоящее время является Ethernet. При скорости передачи 100 Мбит/с, она позволяет использовать различные физические среды передачи данных (экранированная витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптическая линия), обеспечивая (в зависимости от среды передачи данных) длину шины от десятков метров до десятков километров.

Стремительный рост вычислительной мощности персональных компьютеров (ПК), сопровождающийся почти столь же быстрым снижением их стоимости, привел к полному вытеснению мини-ЭВМ с верхнего и среднего уровней АСУ ТП, что сопровождалось радикальным изменением идеологии организации операторских пультов, центральных пультов технологов и диспетчеров. Вместо громоздких пультов контроля и управления с многочисленными встроенными измерительными приборами, электрифицированными мнемосхемами, сигнальными лампочками и органами управления стали использоваться компьютерные дисплеи со стандартной или специализированной функциональной клавиатурой. Таким образом, ПК со стандартными периферийными устройствами полностью обеспечивал построение операторских и диспетчерских пультов контроля и управления, включая и необходимые вычислительные ресурсы. При этом центральные пульты, располагающиеся, как правило, в специально оборудованном помещении, не требовали специального исполнения ПК, что позволяло использовать дешевые ПК офисного исполнения.

Проникновение ПК на верхний и средний уровни АСУ ТП стимулировало и разработку совместимых с ПК промышленных контроллеров. Большое разнообразие и доступность элементной базы, легкость конфигурирования таких контроллеров под те или иные задачи на различных иерархических уровнях АСУ ТП, удобство и привычность их программирования в операционной среде Windows с помощью специально созданных для этих целей SCADA-систем обеспечили их высокую привлекательность для фирм - системных интеграторов, занимающихся разработкой и внедрением АСУ ТП.

И, наконец, основным направлением развития на современном этапе является унификация и создание мощных инструментальных средств разработки программного обеспечения (ПО) для АСУТП - SCADA систем в программной среде наиболее популярных ОС ПК: Windows 98, Windows 2000, Windows NT, QNX, UNIX и др.

Высокая степень автоматизации дистанционного управления оборудованием, расположенным во взрывоопасной зоне, достигается за счет использования современных технических и программных средств, а требуемая высокая надежность обеспечивается не только за счет искробезопасных цепей и взрывозащищенных элементов автоматики, но и за счет использования "горячего" резервирования основных элементов системы управления и контроля, а также сочетания дистанционного и местного режимов управления оборудованием. Внедрение новых технологий, таких как предопределит дальнейший путь развития АСУ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сравнительный анализ ПЛК Таблица 1

Производитель/Название ПЛК	Общее количество аналоговых входов/выходов (мА)	Общее количество дискретных входов/выходов	Объем памяти (К)	Язык программирования	Количество таймеров	Количество модулей ввода/вывода
ABB/ABB Procontic T200	до 32 изолированных/ до 32 изолированных	до 8 изолированных/ до 4 изолированных	от 7.6 до 15.7	Диаграммы функциональных блоков Диаграммы лестничной логики	256	от 8 до 58
FESTO/ FESTO FPC	от 21 до 24/14	4/4	12	Matrix Диаграммы функциональных блоков Диаграммы лестничной логики	32	до 3
HITACHI/ HITACHI EC	2/1	от 12 до 36/ от 8 до 24	4	Языки IL, LD, FBD и SFC Диаграммы функциональных блоков Диаграммы лестничной логики	96	до 4
GE Fanuc/ Series 90	2/1	от 8 до 16	от 3 до 6	языки LAD, SFC, C или StateLogic	---	от 79 до 84
JUMO/ JUMO PR-100 Matsushita/ NЛЭS Control 1131	4/1 от 1 до 16/ от 1 до 16/	20 от 1 до 16/ от 1 до 16/	--- ---	языки STL, LAD, FBD и GRAPHSET; диаграммы лестничной логики диаграммы лестничной логики функциональных блоков список инструкций графический язык AS	--- от 4 до 16	--- от 58 до 128
OMRON/ Sysmac	10/16/20	от 6 до 12/ от 4 до 8	16	диаграммы лестничной логики (LAD)	16	От 4 до 60
Toshiba/ Toshiba Т1	от 8 до24/от 8 до 24	от 8 до24/от 8 до 24	От 4 до 16	языки LAD, FBD, STL.	256	от 16 до 200
LG/ MASTER-K	2/1	8/6	От 0,8 до 15	Список инструкций Диаграммы лестничной логики	128	от 14 до 52
Siemens/ Simatic S7-300	128/128	1024/1024	12	диаграммы лестничной логики диаграммы функциональных блоков	128	128

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.3 Обоснование выбора СУ

Задачей проекта является разработка автоматизированной системы управления, которая обеспечивают высокий уровень надежности и безопасности протекания технологического процесса. За основу взята элементная база SIMATIC фирмы SIEMENS. Компоненты SIMATIC с их свойствами и широкими функциональными возможностями отвечают самым высоким современным требованиям к производительности, надежности, безопасности и удобству управления.

Данная система управления является децентрализованной. Такие системы более гибкие, у них выше производительность из-за разделения функций между управляющими устройствами и выше возможность наращивания ресурсов по сравнению с централизованными системами управления.

Децентрализованный принцип управления обеспечивает возможность реализации на нижнем уровне задач сбора и первичной обработки информации, регулирования технологических параметров, логического управления технологическими операциями, а на верхнем уровне - задач оптимизации, расчет технико-экономических показателей управляемых процессов, накопления и документирования информации.

Такой принцип управления позволяет: повысить оперативность и снизить стоимость решения отдельных задач, сократить затраты на разработку программного обеспечения, сократить нагрузку на устройства ввода - вывода информации программируемого контроллера, обеспечить типизацию решений, повысить надежность.

Децентрализованный принцип управления с применением микропроцессорных терминалов позволяет организовать автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов-технологов, которые являются системообразующими модулями АСУ ТП.А так же компоненты Siemens полностью резервируемы, т.е. обеспечивается высочайшая надежность и производительность.

Рис. 2 Функциональная схема объекта управления, ч.1

Рис. 3Функциональная схема объекта управления, ч.2

Приборы, средства автоматизации, электрические устройства и элементы вычислительной техники на функциональных схемах автоматизации показаны в соответствии с источником.

На функциональных схемах схематически условными изображениями показаны: технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и средства автоматизации с указанием связей между технологическим оборудованием и средствами автоматизации, а также связей между отдельными функциональными блоками и элементами автоматики. Вспомогательные устройства, такие как источники питания, реле, выключатели и предохранители в цепях питания и другие устройства, на функциональных схемах не показываются.

2. Параметры вентиляционной системы

Параметры вентиляционной системы Таблица №3

Параметр/Вентиляционная подсистема	Подсистемы
	П1, П1а	П2, П2а
Марка электродвигателей	ВР-300-45	ВР-86-77
Установленная мощность электродвигателей, кВт	0,55	1,5
Обороты электродвигателей, об/мин	930	2750
Объем перекачиваемого воздуха, м3/ч	975	3822
Марка воздухонагревателя (калориферной установки)	КСКЧ - 2Б
Температура нагрева воздуха, С	от - 30до +22

2.1 Регулирование температуры приточного воздуха

Сблокированное с приточным вентилятором открытие/закрытие заслонки. Автоматическое подключение системы регулирования при включении вентилятора. Защита калорифера от замерзания при работающей и неработающей системе. При запуске системы заслонка наружного воздуха открывается после открытия регулирующего клапана на горячей воде. При понижении температуры ниже 20 градусов открывается регулирующий клапан, обеспечивается прогрев калорифера. Если температура воздуха ниже 3 градусов перед калорифером, открытие клапана на обратном трубопроводе не повышает температуру выше 32 градусов, то по истечении 3 минут, вентилятор отключается, а на пульт оператора подается аварийный сигнал. Возможность дистанционного включения прогрева заслонки наружного воздуха, местное деблокирующее управление.

Автоматическое первоочередное отключение и остановы предусмотрены по сигналу загазованности в трех и более контрольных точках.

Предусмотрено дистанционное и автоматическое отключение вентиляторов

При пожаре на наружной утечке

При выполнении первого этапа перевода установки в безопасное положение по загазованности или от кнопок отключения блоков

2.2 Время включения в работу вентиляционной системы

В помещениях большого объема V возможно начинать вентилирование не сразу, а после того, как концентрация вредности достигнет допустимого предела, т.е. через промежуток времени

где Z1-- начальная концентрация вредности в помещении, отнесенная к 1 м³ воздуха; Z0 -- количество выделяющейся вредности.

2.3 Кратность воздухообмена

Кратностью воздухообмена К называется отношение воздухообмена, создаваемого в помещении, к внутреннему объему помещения, т. е.

Эта величина показывает, сколько раз в течение часа весь объем помещения заполняется вводимым в помещение приточным воздухом.

Расчет воздухообмена в помещении по кратности делают в случаях, когда точное определение количества выделяющейся вредности затруднительно. Экспериментально выявленный расчетный воздухообмен K для каких-либо помещений относят к их внутреннему объему V, тогда частное дает величину К кратности обмена, т. е. К=L/V. По кратности обмена определяют воздухообмен в помещениях общественных и промышленных зданий.

Определение воздухообмена по любому виду расчетных вредностей следует завершать нахождением значения кратности воздухообмена, как критерия, характеризующего величину вентиляционного обмена. Не менее важное значение имеет величина воздухообмена, отнесенная к одному человеку, находящемуся в данном помещении.

Кратность воздухообмена разработанной системы - 5.

2.4 Аппараты воздушного охлаждения

Управление в двух режимах: дистанционное, местное. Отключение может осуществляется при пожарной тревоге. Имеется сигнализация состояния.

Расчетные параметры воздуха:

Для зимнего периода - 30 градусов, летного - 23 градусов. Продолжительность отопительного периода - 221 сутки. Влажность воздуха - сухой. Преобладание ветра - юго-западное. Теплоносители для нужд отопления и вентиляции служит горячая вода с параметрами 70-120 градусов, поступающая из наружных теплосетей. Вентиляция во всех помещения приточная. Венткамера с кратностью воздухообмена к+5. В помещении щитовой и операторной КИА предусмотрены подогрев воздуха.

2.5 Управление вентилятором

Команды управления для основного вентилятора П1: пуск - контакт замыкается при прекращении подачи воздуха; стоп - размыкание контакта.

Команды управления для резервного вентилятора П1а: пуск - контакт замыкается при прекращении подачи воздуха; стоп - размыкание контакта.

Отключение вентиляторов по месту - отключение вентсистем при пожаре.

2.6 Калориферная установка

Наиболее распространенным из технологических агрегатов, используемых в технике вентиляции воздуха, является калориферная установка. Технологическими процессами, осуществляемыми в калориферной установке и рассматриваемыми в качестве объектов управления, являются изовлажностный процесс нагрева воздуха, аэродинамический процесс смещения и перемещении воздуха через установку, а также гидравлический процесс смешения и перемещения теплоносителя через установку.

Известно, что важнейшей задачей разработки математической модели любого звена управляемой части системы является нахождение адекватного набора входных переменных, т. е. переменных, достаточно полно описывающих анализируемую совокупность процессов.

Обобщенная функциональная схема калориферном установки представлена на рис. 1.21, где кружками обведены входные регулирующие воздействия, ромбами --неуправляемые переменные, квадратами -- выходные управляемые переменные. Согласно предложенной агрегированной модели установки, выделяются четыре входных переменных: а -- изменение расхода воздуха, проходящего через теплообменник; -- изменение



Рис.4Обобщенная функциональная схема калориферной установки

расхода воздуха, проходящего через установку; расхода воздуха, проходящего через установку; изменение расхода или температуры и расхода теплоносителя, проходящего через теплообменник; -- изменение скорости прохождения теплоносителя через теплообменник.

В реальных системах наличие всей совокупность управляющих воздействий и необязательна. В таких случаях отдельные из них приобретают постоянные значения и рассматриваются в качестве пар; метров установки, выбранных по тем или иным соображениям.

Стационарные процессы в калориферной установке могут быть описаны следующей системой уравнений:

уравнение теплопередачи

где k -- коэффициент теплоотдачи; F - площадь поверхности нагрева теплообменника;

уравнение баланса тепла на переходе вода - воздух

уравнение баланса тепла при разделении потока воздуха

уравнение баланса тепла при разделении потока воздуха

Пуск осуществляется при температуре меньше 5 градусов в насосной, автоматически или дистанционно по команде оператора.

Стоп осуществляется - при температуре больше 34 градусов в насосной, автоматически или дистанционно по команде оператора.

Сигнализация - секция включена \ выключена.

Рис.5 Структурная схема объекта управления

3. Разработка структурной схемы АСУ ТП

Структурная схема представлена на чертеже: ДП-2068998-А1-14-00.00.000.Э1.

Система имеет двухуровневую иерархическую структуру. Нижний уровень представлен контроллерами, станциями распределенного ввода - вывода фирмы SIEMENS, датчиками и исполнительными механизмами, верхний уровень включает в себя 2 автоматизированных рабочих места (АРМ) операторов-технологов и сетевой модуль для подключения к Ethernet.

На структурной схеме показаны основные функциональные части системы, их назначение и взаимосвязь.

Рассмотрим каждый элемент системы в отдельности.

В типовую структурную схему входят две основные составляющие: автоматический регулятор (ПЛК) и объект регулирования.

3.1 Верхний уровень

ЭВМ верхнего уровня

Рабочая станция - АРМ оператора.

Рабочее место оператора (АРМ) обеспечивает:

- предоставление информации о ходе технологического процесса в виде числовых значений параметров, цветовой индикации состояния оборудования, технологических сообщений, а также изменения технологических параметров;

- индикацию предупредительных и предаварийных значений параметров с выдачей сообщений, содержащих полную информацию о параметре;

- сбор, хранение и обработку базы данных технологических параметров, архивацию параметров;

- вывод информации о граничных значениях параметров;

- звуковую сигнализацию, оповещающую о предаварийных ситуациях и др.

АРМ оператора состоит из рабочей станции - персонального компьютера, выполненного в промышленном исполнении. Технические характеристики ЭВМ верхнего уровня представлены в таблице №2.

На компьютер устанавливается операционная система Windows 2000 Professional, необходимые драйвера, а так же следующее программное обеспечение: Office XP (обязательная установка MS Access), речевое ядро и речевой синтезатор, для озвучивания событий, поступающих в протокол, SCADA пакет STEP 7, а так же WinCC.

С рабочей станции оператор управляет объектом, следит за его

состоянием, здесь же ведется журнал, в который заносится каждое

действие диспетчера и изменение состояние объекта. Функции журнала

выполняет программа протокол.

Кроме того, информация о состоянии системы отображается на видеостене, под управлением контроллера видеостены. Контроллер видеостены так же выполнен на основе IBM PC совместимого компьютера в промышленном варианте.

Характеристики контроллера видеостены идентичны характеристикам рабочей станции.

На контроллер видеостены устанавливается то же программное обеспечение, что и на компьютер оператора. К контроллеру видеостены подключена такая же мышь и клавиатура. К разъемам DVI подключена видеостена, состоящая из 4- мониторов 40 дюймовых монитора: NEC LCD4000 (LCD, 1280 x 768, BNCx5, D-Sub, DVI-D, RCA, S-Video, ДУ). Мониторы расположены в 2 ряда и в 2 строки.

Характеристика ЭВМ верхнего уровня Таблица №2

Тип устройства	Характеристика
Процессор	Intel Pentium4 3.06 ГГц / 512K/ 533МГц BOX 478-PGA
Материнская плата	GigaByte GA-8IG1000 Socket478 <i865G> AGP+SVGA SATA U100 ATX 4DDR<PC-3200>
Память	HYUNDAI/HYNIX DDR DIMM 512 Mb <PC-3200> - 2 шт.
Видеокарта	Gigabyte GV-R98P256D (RTL) <AGP> 256Mb DDR +DVI+TV Out <ATI Radeon 9800 Pro>
Сетевая карта	Intel <PWLA8390MT> PRO/1000 MT Desktop Adapter (RTL) PCI 10/100/1000Mbps
Жесткий диск	80 GB SATA150 Seagate Barracuda 7200.7 (380013AS) 7200 rpm 8Mb
DVD-ROM	DVD±R/RW & CDRW NEC ND-3500A<Black> IDE (OEM)
FDD	HD NEC <BLACK>
Корпус	Server Case INWIN (Q2000) ATX 530W
Мышь	Genius NetScroll+ Mini Traveler Optical (800dpi) <Black> 3btn Roll USB
Клавиатура	Genius Comfy <KB-19e NB> <USB>
Лазерный принтер	hp LaserJet 2300 (Q2472A) 25стр./мин, 32Mb, LPT/USB
Источник бесперебойного питания	UPS 3000VA Smart APC <SUA3000RMI2U> Rack Mount 2U USB
Монитор	NEC LCD3000 (LCD, 1280 x 768, BNCx5, D-Sub, DVI-D, RCA, S-Video, ДУ)

3.2 Средний уровень

Контроллер Simatic S7-300

Рис. № Контроллер Simatic S7-300

Верхний уровень включает в себя: ПЛК, коммутационный модуль, станции распределенного ввода - вывода. Управление осуществляется из центрального пункта управления (ЦПУ), где размещены рабочие места операторов, обслуживающих секцию установки.

Учитывая повышенные требования к надежности систем контроля и управления взрывоопасных производств, применены контроллеры типа SIMATIC S7-300 фирмы Siemens со 100% резервированием.

Контроллеры SIMATIC S7-300 фирмы Siemens являются мощным вычислительным средством и способны выполнять задачи любой сложности.

Контроллер обеспечивает непрерывный опрос датчиков, диагностику модулей.

Он включает в себя:

Каркас

Центральный процессор CPU 315-2DP

Блок питания PS 307

Коммуникационный процессор CP 343-1IT

Технические характеристики контроллера зависят от выбора установленных модулей.

Контроллеры имеют сторожевой таймер, исключающий «зависание». В каждом блоке размещается два комплекта контроллеров со всеми вспомогательными устройствами. Оба контроллера функционируют постоянно. Один рабочий контроллер, второй находится качестве резервного. При сбоях в роботе основного контроллера, автоматически все функции берет на себя резервный контроллер. Связь контроллеров и устройств нижнего уровня осуществляется через станцию распределенного ввода-вывода ЕТ200М и шина PROFIBUS-DP.

Каждый контроллер через свой сетевой (коммуникационный) процессор CP 343-1IT посредством HUB (электрический коммутирующий модуль ESМ TP80) связан с АРМ.

В состав контроллера входят:

Центральный процессор CPU 315-2DP.

СPU исполняет программу пользователя; подает питание 5В на расположенную с задней стороны модулей шину S7-300; при помощи интерфейса MPI обменивается информацией с другими абонентами сети MPI.

Центральные процессоры контроллеров поддерживают следующие виды связи: циклический обмен данными с устройствами распределенного ввода-вывода по сети PROFIBUS, обмен данными между системами автоматизации или между станцией человеко-машинного интерфейса и несколькими системами автоматизации. Обмен данными может осуществляться циклически или по прерываниям.

СРU 315-2DР - центральный процессор используется для построения систем автоматизации со средним или большим объемом программы, обслуживающих системы локального и распределенного ввода-вывода, подключаемые по PROFIBUS-DP.

Основные технические характеристики центрального процессора:

* Высокое быстродействие;

* Объемы оперативной памяти 64Кб;

* Гибкие возможности расширения: допускают подключение (однорядная конфигурация) до 32 модулей ввода-вывода.

* Возможность сохранения программы и данных в карте Flash-EEPROM и возможность программирования карты Flash-EEPROM через разъем центрального процессора.

* Встроенный интерфейс PROFIBUS-DP.

Блок питания PS 307 5А.

Преобразует напряжение сети (AC 120/230 В) в рабочее напряжение DC 24 для питания S7-300, а также для электропитания цепей нагрузки DC 24 V.

Источник питания имеет следующие отличительные характеристики:

* выходной ток 5 A

* выходное напряжение 24 в пост. тока; защита от короткого замыкания и обрыва цепи

* подключение к однофазной системе переменного тока

(напряжение 120/230 В переменного тока, 50/60 Гц)

* надежная изоляция в соответствии с EN 60 950

* может быть использован как источник питания нагрузки

Входное напряжение:

* Номинальное значение 120/230 В переменного тока

Коммуникационный процессор CP 343-1 IT.

Разгружает CPU от коммуникационных задач, для связи с PROFIBUS-DP.

Позволяет производить подключение контролеров к сети PROFIBUS-DP. Он оснащен встроенным микроконтроллером, который способен разгрузить ЦП контроллера то выполнения коммуникационных задач и обеспечивает поддержку:

транспортных протоколов ISO,TCP/IP и UDP

Модуль оснащен встроенными функциями AHI/ITP и RJ 45. Передача осуществляется в дуплексном или полудуплексном режиме со скоростью 10 или 100 Мбит/с. Возможно функционирование CP 343-1 IT в комбинированном режиме с одновременной поддержкой транспортных протоколов ISO,TCP/IP и UDP. IT технология позволяет использовать CP 343-1 IT для доступа к данным контроллера, осуществлять передачу сообщений по электронной почте. CP 343-1 IT позволяет выполнять дистанционное программирование контроллеров через сеть, а также подключать контроллеры к офисной сети Ehternet. Конфигурация коммуникационного процессора выполняется с помощью специального пакета NCM S7 для Industrial Ehternet. Процессор поставляется с предварительно установленным уникальным Ehternet адресом. PG/OP функции позволяют дистанционно программировать все сетевые S7 станции. Диагностика обеспечивается пакетом NCM S7, то есть:

считывание информации о текущем режиме работы процессора

широкий набор статистических и диагностических функций

статистические данные о работе сети

буфер сообщений

STEP7 от версии 5 позволяет сохранять конфигурирования CP 343-1 IT в памяти центрально процессора. Это позволяет сохранить параметры настройки при перебоях в питании, а также производить замену процессора без конфигурирования вновь установленного модуля. Все функциональные блоки необходимые для организации связи с S7 300 включены в библиотеку пакета NCM S7 для Industrial Ehternet.

Коммуникационный модуль ESM ТР 80

Фирмой «Siemens» были разработаны коммутаторы для Industrial Fast Ethernet - модули ESM (Electrical Switching Module). Технология коммутируемых сетей Industrial Fast Ethernet на базе модулей ESM версии 2 позволяет строить сети с большим диапазоном и большим количеством узлов. Это упрощает конфигурирование сетей и их расширение. Модули ESM имеют только ITP порты, но на них также можно строить различные конфигурации сетей. Максимальное количество модулей, которые могут быть объединены в одном сегменте - до 50 штук, что позволяет создавать конфигурации сетей до 900 км.

На модулях ESM для увеличения надежности могут быть созданы кольцевые конфигурации.

Модуль ESM ТР80 соединяется со внешними устройствами посредством простой витой парой (TP).

Промышленная витая пара обладает высокой устойчивостью против шумов и помех. В вариантах устройств с TP-подключением оконечное оборудование присоединяется через гнезда типа RG-45.

Станция распределенного ввода-вывода ЕТ200М

Так как датчики распределены по объекту и удалены от контроллера на значительное расстояние, необходима система для приемо - передачи сигналов.

Для этого используется станции распределенного ввода-вывода. Станции ЕТ200М предназначены для построения систем распределенного ввода-вывода и поваляют использовать в своем составе все сигнальные и функциональные модули. Станция работает в сети PROFIBUS-DP и выполняет функции ведомого устройства. Станция включает в свой состав резервный и основной модули IM 153-2, модули входных или выходных аналоговых/дискретных сигналов. А так же с состав входит источник питания (PS). Станция поддерживает выполнение диагностических функций, с помощью которых контролируется техническое состояние модулей ввода - вывода, короткие замыкания в выходных цепях модулей, ошибки в передаче данных , наличие напряжения питания (=24 В), подключение и удаление модулей. Результаты диагностики могут считываться по сети PROFIBUS-DP или контролироваться по светодиодам станции. В каждом интейфейсном модуле может быть до 8 модулей ввода-вывода информации.

Интерфейсные модули

Модули ввода-вывода информации предназначены для подключения датчиков и ИМ к полевой магистрали PROFIBUS-DP, а он так же снабжает шину напряжением.

Резервный модуль IM 153-2 предназначен на случай отказа или некорректной работы основного модуля.

Техническая характеристика модуля IM 153-2:

Номинальное напряжение: 24 В пост. тока (от 20,4 до 28,8 пост. тока)

Потребляемый ток из источника питания: макс. 650 мА

Ток включения: 10 А

Допустимые адреса DP: от 1 до 125

Датчики и исполнительные механизмы подключаются к двум станциям распределенного ввода-вывода ЕТ 200М. Станции соединяются с системой управления через шину PROFIBUS-DP.

Всего модулей:

- два основных интерфейсных модуля IМ 153-2;

- два резервных интерфейсных модуля IМ 153-2;

- два модуля ввода аналоговых сигналов SM 331 на 16 входов;

- пять модулей ввода аналоговых сигналов SM 331 Ex на 8 входа;

- три модуля ввода дискретных сигналов SM 321 на 32 входа;

- модуль ввода дискретных сигналов SM 321 на 8 входов;

- два модуля вывода дискретных сигналов SM 322 на 32 входа.

Интерфейсные модули IМ 153-2 предназначены для подключения станций распределенного ввода-вывода ЕТ 200М к основной сети PPOFIBUS-DP и к резервированной в качестве ведомых сетевых устройств. В случае повреждения активной линии связи пассивный модуль IМ 153-2 осуществляет безударный перехват управления передачей данных (на время переключения выходные сигналы замораживаются) и обеспечивает связь по резервной линии связи. Модули поддерживают выполнение функций синхронизации и являются головными модулями станции. Интерфейсный модуль IМ 153-2 обеспечивает комплексную обработку задач по обмену данными с ведущим сетевым устройством PPOFIBUS-DP (центральным процессором программируемого контроллера S7-300), которое осуществляет опрос входных сигналов станции ЕТ 200М и формирует ее выходные сигналы.

Для согласования дискретных сигналов переменным напряжением 220 В со входами дискретных модулей на 24 В применены оптопары DEK-OE-230AC/48DC/100. Для согласования выходных сигналов дискретных модулей с управляемым электрическим оборудованием применены реле DEK-REL-G24/21. Оптопары и реле производятся немецкой фирмой Phoenix Contact.

Модули ввода-вывода

Модули ввода-вывода обеспечивают:

Прием сигналов от следующих датчиков:

Термопар

Термометров сопротивления

Аналоговых датчиков с сигналом 4 - 20 мА,

Дискретных датчиков типа «сухой контакт»

Устройств, обменивающихся информацией по шине PROFIBUS-DP

Формирование управляющих сигналов:

4 - 20 мА для электропневмоклапанов

дискретных сигналов постоянного тока = 24 В

Модули позволяют выполнить горячую замену модулей без отключения всей подсистемы. Модули имеют индикаторы состояния, облегчающие диагностику их работоспособности, а так же поиск неисправностей. Указанные модули могут работать в тяжелых заводских условиях, в соответствии со стандартом, при температуре окружающей среды от -40 до +70 градусов. Надежность обеспечивается резервированием питания, лини связи с управляющими контроллерами, а также возможность горячей замены блоков питания.

Для согласования различных уровней сигнала процесса используется следующие модули:

Ввода: Аналоговые сигналы - SM 331 AIx8 (4-20 mA) и SM 331 AIx4 (4-20 mA), SM 331 Ех AIx8 (4-20 mA) и SM 331 Ех AIx4 (4-20 mA). Дискретные сигналы - SM 331 DIx32 (24 В).

Вывода: дискретные сигналы - SM 331 DОx32 (24 В).

Модули ввода аналоговых сигналов: SM 331 Ех AIx8 (4-20 mA) и SM 331 Ех AIx4 (4-20 mA) оснащены встроенными искробарьерами. Модули ввода дискретных сигналов SM 321 предназначены для преобразования параметров внешних входных дискретных сигналов в параметры внутренних цифровых сигналов контроллера. К модулям подключаются дискретные датчики.

Модули вывода дискретных сигналов SM 322 предназначены для преобразования внутренних логических сигналов контроллера во внешние дискретные сигналы с требуемыми параметрами. К ним подключаются исполнительные механизмы.

Входные аналоговые модули обеспечивают возможность первичной фильтрации сигналов, а также установку зоны нечувствительности при изменении параметров для сокращения объема пересылаемых данных в систему контроля и управления.

Модули ввода аналоговых сигналов SM 331 и SM 331 Ex предназначены для преобразования входных аналоговых сигналов в цифровые сигналы контроллера. К модулям подключаются датчики с унифицированными выходными электрическими сигналами 4-20 А.

Ех-модули (модули взрывобезопасного исполнения) обеспечивают разделение и согласование внешних защищенных цепей с внутренними незащищенными цепями контроллера. Защищенные и незащищенные цепи Ех-модулей гальванически разделены. Датчики и исполнительные механизмы получают питание от Ех-модулей по двухпроводной линии и подключаются непосредственно к входам и выходам Ех-модулей без использования дополнительных разделительных устройств.

Благодаря высококачественной системе управления, а та же набору датчиков и ИМ, вентиляция отвечает самым строгим стандартам.

Характеристика модулей ввода - вывода Таблица №3

Приборы КиП нижнего уровня Таблица № 4

Оптопара

Для согласования дискретных сигналов переменного тока 220 В со входными дискретными сигналами применяется релейная гальваническая развязка. Проанализировав количество и уровень сигналов в системе, было принято решение часть сигналов пустить через оптопару DEK-OE-230AC/48DC/100 производимую немецкой фирмой Phoenix Contact. Вызвано это тем, что в объекте всего два входных дискретных сигнала имеют уровень 24 В (постоянный ток), остальные же входные дискретные сигналы имеют уровень 220 В (переменный ток). На структурной схеме оптопара показана блоком «Оптронная гальваническая развязка». Данная оптопара выпускается в различных модификациях, отличающихся друг от друга количеством выходов. В нашей системе используется две оптопары на 16 входов/выходов. Таким образом, стало возможным поставить один модуль ввода дискретных сигналов на 32 входа (24 В постоянный ток).

Панель оператора МР270

Предусмотрен модуль отображения информации - панель управления МР270.

Панель установлена по месту. Это необходимо для оперативного контроля и управления.

Панель МР 270 является многофункциональной платформой для построения систем человеко-машинного интерфейса сочетает в себе лучшие черты панелей оператора, программируемых контроллеров и промышленных компьютеров. Работа панели базируется на использовании операционной системы Microsoft Windows® CE, что позволяет решать задачи оперативного управления и мониторинга, визуализации, применения дополнительного промышленного программного обеспечения. Отсутствие винчестера позволяет использовать их в тех случаях, когда установка промышленного компьютера невозможна из-за сильных вибрационных нагрузок или сильной запыленности среды. Наличие двух разъемов для установки РС и CF карт позволяет легко наращивать возможности панели, например, для архивирования данных.

Выполняемые функции:

* Отображение значений переменных, диаграмм, трендов кривых (8 кривых на одном поле).

* Безопасное управление процессом с мониторингом граничных значений входных и выходных сигналов.

* Обслуживание оперативных и аварийных сообщений, накопление и регистрация сообщений.

* Архивирование сообщений и значений переменных (PC/CF карту или компьютер верхнего уровня через Ethernet), онлайновая обработка архивов данных с помощью трендов кривых, внешняя обработка стандартными Windows программами (Excel, Access).

3.3 Нижний уровень (полевой уровень)

В таблице №4 приведены технические характеристики приборов КиП нижнего уровня.

Датчик температуры ТСП 1187 (Метран 276 ТСПУ)

Для дистанционного контроля температуры использованы термометры типа ТСП 1187 (Метран) завода «Теплоприбор». Предназначены для преобразования температуры в жидких, газообразных и в твердых средах.

Область применения: нефте - и газодобычи, в том числе на судах и АЭС.

Измеряемые среды в пределах коррозионной стойкости стали 12Х18Н10Т.

Использование термопреобразователей допускается в нейтральных и органических средах, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозийно-стойким.

Принцип работы датчика - термопреобразователь сопротивления.

Осуществляется преобразования сигнала первичного преобразователя температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока (4-20 мА). Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика.

Изготавливаются по ТУ 311-00225621. 160-96.

В комплекте поставляются блоки питания КАРАТ - 22

Блок питания предназначен для питания стабилизированным напряжением 36 (24В).

Число каналов: 1,2,4,8.

Каналы гальванически развязаны. Имеется защита то короткого замыкания и перегрузок по каждому каналу.

Датчики давления ДРПВ -1

Для местного контроля давления используются технологический манометры завода «Теплоприбор», город Рязань. Фирма является ведущей приборостроительной фирмой в России по выпуску специальных манометров, в т.ч. во взрывозащищенном и коррозиостойком исполнении. Прибор предназначен для контроля наличия потока воздуха и газов на прямых участках воздуховодов круглого и прямоугольного сечения, а также для двухпозиционного управления на исполнительные механизмы при отклонении скорости потока от заданных параметров.