Инвертор работает по принципу пофазной коммутации, т.е. отпиранием тиристора следующей фазы автоматически прекращается протекание тока в фазе, которая до сих пор была токопроводящей. Для этого в шкафу SZ имеются коммутирующие конденсаторы, которые при отпирании последующего тиристора на выключаемый тиристор кратковременно подают напряжение в обратном направлении и способствуют мягкому переключению тока с одной фазы электродвигателя на другую. Диоды инвертора обеспечивают развязку коммутирующих конденсаторов и токоприемника.

ПЧ рассчитаны на работу в четырех квадрантах характеристики, т.е. на торможение и приведение в движение в обоих направлениях вращения. Схемное решение силовой части ПЧ при работе электродвигателей в генераторном режиме допускает реверсирование направления энергии за счет реверсирования напряжения промежуточного звена при измененном направлении протекания тока. Сетевой преобразователь при этом переводится в инверторный режим и рекуперирует тормозную энергию электропривода в трехфазную питающую сеть. Благодаря преобразователю частоты электродвигатели могут за счет одновременного изменения напряжения и частоты работать со своим предельным крутящим моментом. При реверсировании задания они затормаживаются с номинальным моментом и снова разгоняются до заданной скорости вращения в обратном направлении за счет изменения последовательности отпирания преобразователя, питающего электродвигатели, при приблизительно нулевой скорости вращения, т.е. за счет изменения направления вращения магнитного поля.

Параметры ПЧ:

Вторичный 3-х фазный ток трансформатора (I_втор) = 3 х 0,66 А

Максимальное число оборотов электродвигателя (n_max) = 1000 об/мин

Максимальная скорость привода (v_max) = 10,2 м/с

Выходное напряжение интегратора XI10:B9 (U_вых) = 6,7 В

Мощность, кВт	Напряжение питания, В	Входная частота, Гц	Выходная частота, Гц	Номинальный выходной ток, А
200	380	50	0 - 50	390

1.6.5 Краткие характеристики других типов частотных преобразователей

Основные характеристики Hitachi J300 - 150 HFE приведены в таблице 9.

Таблица 9. Основные характеристики Hitachi J300 - 150 HFE.

Мощность, кВт	Напряжение питания, В	Входная частота, Гц	Выходная частота, Гц	Номинальный выходной ток, А	Цена, $
200	380 - 415	50 - 60	0,1 - 400	300	3880

Основные характеристики 1336VT - B020 (Allen - Brodley) приведены в таблице 10.

Таблица 10. Основные характеристики 1336VT - B020.

Мощность, кВт	Напряжение питания, В	Входная частота, Гц	Выходная частота, Гц	Номинальный выходной ток, А	Цена, $
250	380 - 460	47 - 63	0 - 250	390	4050

Сравнительные характеристики ACS601 - 0020 - 3 "ABB" приведены в таблице 11.

Таблица 11. Сравнительные характеристики ACS601 - 0020 - 3.

Мощность, кВт	Напряжение питания, В	Входная частота, Гц	Выходная частота, Гц	Номинальный выходной ток, А	Цена, $
200	380 - 415	50 - 60	0 - 300	390	4360

1.6.6 Выбор частотного преобразователя

Сравнительные характеристики ПЧ показывают, что частотный преобразовательVEB DDU -380/390 более подходит для данного типа производства. Некоторые ПЧ превосходят данный преобразователь частоты своими характеристиками, но надо исходить и из условий экономии. Т.к. частотные преобразователи предлагаемые для монтажа в промышленной котельной первоначально предназначались для СПЦ-2 ("Стан-350"). Эти установки были закуплены еще в 80-х годах, так, что с течением времени они устарели, в результате чего были закуплены новые. Поэтому, чтобы не тратить деньги на дорогостоящее оборудование предлагается установить ПЧ DDU 380/390 в промышленной котельной.

Мощность ПЧ должна быть равна или больше мощности электродвигателя насосного агрегата, а напряжение частотного преобразователя должно соответствовать номинальному напряжению электродвигателя. В котельной используются дутьевые вентиляторы типа АИР - 355М8УР с электродвигателем мощностью 160 кВт и частотой оборотов 750 об/мин и дымососы типа АИР - 350М6 с электродвигателем мощностью 200 кВт и частотой оборотов 1000 об/мин.

1.6.7 Выбор ПЭВМ и адаптера связи

1.6.7.1 Выбор ПЭВМ

На данном этапе необходимо произвести выбор ПЭВМ, на которой будет установлено системное обеспечение, управляющее работой контроллера (см. пункт 1.8). При выборе необходимо учесть требования, предъявляемые самой системой. Рекомендуется выбрать в качестве ПЭВМ: IBM PC/AT 80486 DX4/66-100 /256 cache/ RAM 4Mb/ HDD 520 Mb IDE/ FDD 3,5/ EGA/VGA. По своим показателям ПЭВМ удовлетворяет требованиям системного обеспечения. Хотя данная модель персонального компьютера не является современной, она подходит для работы с данным системным и техническим обеспечением. А её стоимостные характеристики в три раза ниже, чем у современных персональных компьютеров.

1.6.7.2 Выбор адаптера связи ПЭВМ и контроллера

Связь ПЭВМ и контроллера осуществляется по интерфейсу ИРПС. Но так как система СКАТ-Х имеет возможность работать с несколькими контроллерами, то на COM-порт ПЭВМ необходимо поставить адаптер связи. Согласно требованиям системы СКАТ-Х, таковым является восьмиканальный адаптер последовательных портов. Он предназначен для организации связи IBM PC - совместимых персональных компьютеров с восемью устройствами, имеющими канал последовательного обмена "Интерфейс радиальный последовательный". Модуль, реализующий такой канал, есть в Ремиконте.

Конструктивно АПП8 выполнен в соответствии со стандартом на платы расширения для персональных компьютеров IBM PC и устанавливается внутри системного блока персонального компьютера.

Управление адаптером осуществляет компьютер. Адаптер позволяет выполнять двусторонний обмен данными между компьютером и оконечными устройствами. Каждый канал адаптера может быть установлен в один из трех режимов работы:

прием, при котором данные принимаются в компьютер из оконечного устройства;

передача, при которой данные передаются из компьютера в оконечное устройство;

дуплексный режим.

Скорость обмена устанавливается в зависимости от качества линии в пределах от 75 бит/с до 19200 бит/с.

1.7 Разработка информационного обеспечения

1.7.1 Разработка информационного обеспечения на базе ППП СКАТ-Х

Управлять и следить за ходом технологического процесса оператор будет при помощи монитора пульта оператора (МПО). Он является составной частью системы, разработанной на базе ППП СКАТ-Х.

Монитор пульта оператора реализует следующие функции:

отображение на мониторе мнемосхемы технологического процесса;

выдачу на экран текущих значений технологических параметров;

сигнализацию о нарушениях технологического регламента;

сигнализацию о нарушениях в работе контроллера и в канале связи ПЭВМ-контроллер;

просмотр истории технологических параметров в графической форме;

дистанционное включение или выключение технологического оборудования;

изменение уставок локальных контуров регулирования;

перевод контуров регулирования в режим ручного управления и изменение положения исполнительного механизма;

ввод значений ручных переменных;

просмотр протокола аварийных ситуаций;

просмотр протокола действий операторов;

анализ состояния системы управления;

получение оперативной помощи по работе оператора в любой момент времени.

Структура экрана оператора. Все поле экрана оператора разбито на три зоны:

Первая зона (верхняя строка экрана) содержит индикаторы диагностики аварийных ситуаций, индикаторы времени и звукового сигнала, индикаторы состояния каналов и обмена с контроллерами, индикатор прихода текстовых сообщений, микродисплей. При отсутствии аварийной ситуации индикатор светится серым цветом. При возникновении аварийной ситуации он высвечивается ярко - белым мигающим светом на красном фоне:

00:00 ! Авария П-Авария Почта [--------] Р Т К Л --------

Предусмотрены следующие индикаторы аварийных ситуаций:

"Авария"- нарушение технологических границ;

"П-Авария"-предавария (нарушение предаварийных границ);

"P"-реконфигурация обмена (подстройка системы обмена с контроллерами при ошибках по отдельным каналам;

"Т"-таймер оператора;

"К"-авария контроллера;

"Л"-аварии в линии связи.

Часть верхней строки, имеющая вид [--------] отражает текущее состояние всех 8 каналов обмена с контроллерами. При отсутствии ошибок по каналу индикатор отображается зеленым цветом, при наличии единичных ошибок - желтым, при невозможности выполнить обмен с контролером - красным цветом. Для неактивных каналов (канал неопределен или блокирован) индикатор отображается серым цветом.

Индикаторы времени и звукового сигнала (обозначен в документации знаком !, а на экране ноткой) отображаются серым цветом в выключенном состоянии и ярко-голубым во включенном. Индикатор "Почта"сигнализирует о приходе по сети текстового сообщения оператору от других станций.

Если оператор работает со включенным звуковым сигналом, то при возникновении аварийной ситуации, а также при срабатывании таймера и приходе текстового сообщения, будет выдаваться звуковой сигнал.

Вторая зона (нижняя строка экрана) служит для выбора оператором группы функций, с которой он собирается работать:

1Помощь2Схема3Парам.4Оборуд5Аварии6Задачи7Сист.8Опер.9Почта10Супер

Третья зона (строки экрана со 2 по 24) предназначена для отображения мнемосхемы технологического процесса. Параметры технологического процесса на мнемосхеме отображаются голубым цветом, если они находятся в допустимых пределах, желтым - если нарушены предаварийные границы и красным - если нарушены аварийные границы. Если аварийная ситуация (авария или предавария) не квитирована, то параметр отображается мигающим цветом (желтым или красным соответственно).

При своей работе система сохраняет в памяти: действия операторов, историю изменения параметров, историю аварий.

Просмотр действий операторов.

Эта функция предназначена для анализа протокола действий операторов. Все активные воздействия оператора на технологический процесс (включение или выключение оборудования, изменения уставок) записываются во внешнюю память в виде протокола или истории действий оператора. В протокол помещаются также сведения о передаче смены от одного оператора другому. Каждая запись в протоколе сопровождается датой и времени выполнения действия. Можно просмотреть весь протокол, а возможен и поиск фрагмента протокола по Дате и Времени.

Просмотр истории параметров.

Возможность просмотра истории изменения параметров появляется из-за того, что значения переменных записываются монитором во внешнюю память вместе с текущими значениями даты и времени. Для просмотра нужных параметров, их необходимо выбрать.

МПО СКАТ-Х обеспечивает хранение до 16 именованных групп параметров (до 6 параметров в каждой группе), параметры могут повторяться в разных группах. Одновременно может быть выбрано до 6 параметров.

История изменения технологических параметров просматривается в графической форме. Необходимо определить, графики каких параметров выдавать на экран.

На рисунке 10 приведен общий вид графического экрана.



Рис. 10. Общий вид графического экрана.

Числами в квадратных скобках обозначены следующие элементы графического экрана:

1 - область отображения графиков параметров;

2 - визир для считывания значений параметров и времени с графиков;

3 - примеры графиков параметров;

4,5 - обозначения соответственно верхней и нижней аварийных границ;

6,7 - диапазон изменения значений параметра;

8 - индикатор текущего режима работы;

9 - индикатор режима осреднения параметров;

10 - индикатор чтения базы или масштаба интегрирования параметров;

11 - индикатор текущего масштаба времени (величина временного интервала истории, отображаемого в окне просмотра) - от 7 минут до 64 суток;

12 - масштаб графиков (коэффициент сжатия графиков ) - от 1 до 64;

13 - время и дата левой границы окна;

14 - время и дата правой границы окна;

15 - время и дата, соответствующее визиру;

16 - аббревиатура параметра, его единица измерения и значение параметра, соответствующее визиру, или интегральное значение параметра;

17,18 - временной интервал интегрирования параметров.

В графическом режиме просмотра истории реализованы следующие функции:

установка окна просмотра на текущее время;

установка окна просмотра на начало истории;

перемещение окна (экрана) по истории;

точное перемещение (сдвиг по 8 точек экрана);

сдвиг окна на ј экрана;

сдвиг на целое окно к текущему времени или к началу истории;

увеличение масштаба времени ( сжатие ) в 2 раза - максимум 64 суток;

уменьшение масштаба времени ( растяжение ) в 2 раза - минимум 7 минут;

увеличение масштаба графиков (сжатие графиков) в 2 раза;

уменьшение масштаба графиков (растяжение графиков) в 2 раза;

существует возможность медленного или быстрого перемещения визира.

поиск данных и установка окна на требуемые дату/время;

включение и отключение режима осреднения значений параметров;

включение и отключение режима интегрирования параметров;

изменение масштаба времени интегрирования параметров.

Каждый из параметров отображается своим цветом и в своем масштабе. Диапазон значений параметра (6,7) отображается цветом данного параметра.

При изменении масштаба графиков линии верхней и нижней аварийных границ (4,5) перемещаются в соответствии с текущим масштабом.

Время и дата для границ окна и для визира отображаются в виде :

В графическом режиме просмотра истории поддерживаются два режима работы:

ТРЕНД - оперативное отображение текущих значений параметров синхронно с приемом данных от контроллера;

ОКНО - просмотр любого фрагмента истории.

Режим ТРЕНД является начальным при входе в историю. Отрисовка графиков параметров выполняется на фоне приема и обработки данных от Контроллера.

При чтении "старых" данных с жесткого диска зажигается индикатор "поиск" (10). Режим осреднения значений параметров позволяет управлять точностью отображения значений параметров и скоростью отрисовки графиков при больших масштабах времени, когда одной точке графика соответствует несколько значений параметра из базы данных (архива).

При включенном режиме осреднения каждая точка графика и значение под визиром соответствует среднему из всех значений параметра для данной точки.

При входе в историю режим осреднения выключен. Отключение режима осреднения позволяет существенно увеличить скорость отрисовки графиков за счет снижения точности отображения при больших масштабах.

Режим интегрирования параметров позволяет получить интегральные значения аналоговых параметров за требуемый временной интервал при просмотре истории изменения параметров в графической форме.

Просмотр истории аварий.

Каждая возникшая аварийная или предаварийная ситуация фиксируется в журнале аварийных ситуаций. При вызове журнала аварий, на экране появляется рамка, содержащая сведения об аварийных ситуациях в хронологическом порядке (чем выше строка, тем более новой записи журнала аварий она соответствует). Для каждой ситуации выдается время ее возникновения, аббревиатура переменной, тип аварийной ситуации. Исчезновение аварийной ситуации (т.е. момент прихода значения переменной в норму) также фиксируется в журнале аварий. Можно получить полное наименование параметра по его аббревиатуре.

Ошибки контроллера и ошибки в линии связи отражаются записью "Особая ситуация в канале N" с выдачей кода ошибки. Возможен поиск фрагмента протокола по дате и времени. На рисунке 11 представлен внешний вид протокола "Карта аварий".

Рис. 11. Вид истории аварий.

Печать фрагментов системных архивов.

Система СКАТ-Х обеспечивает печать на принтере фрагментов системных архивов. Эта информация может использоваться для детального анализа: самого технологического процесса, причин возникновения аварийных ситуаций, правильности действий оператора в определенных ситуациях (не обязательно аварийных).

Для работы данного процесса необходимо задать следующие параметры:

дату и время начала печати.

дату и время конца печати.

тип выводимых данных (режим печати):

"Параметры" - печать значений параметров;

"Аварии" - печать фрагмента истории аварий;

"Оператор" - печать фрагмента протокола действий оператора;

"Полная печать" - комплексная печать всей информации, запрашиваемой режимами "Параметры","Аварии" и "Оператор".

список технологических параметров и интервал печати значений параметров в минутах, если запрашивается печать параметров. На рисунке 12 представлен вид окна печати.

Рис. 12. Вид окна печати.

При запуске процесса выполняется контроль правильности задания параметров, соответствия заданного времени текущему состоянию системных архивов. При обнаружении ошибок на микродисплее появляется сообщение: "ошибки параметров". Если ошибки не обнаружены, то формируется файл результатов и выполняется его печать. При неготовности принтера на микродисплее выдается соответствующее сообщение.

При печати выполняются также следующие действия :

выдается номер смены в начале интервала печати и при изменении смены;

разделяются таблицы печати значений дискретных и аналоговых параметров;

значения аналоговых параметров печатаются с заданным оператором интервалом с осреднением значений на интервале;

печатаются только изменения состояния дискретных переменных (дата и время изменения, новое состояние);

выполняется расчет и печать общего времени нахождения параметра во включенном и выключенном состояниях за интервал печати.

1.7.2 Описание входных и выходных сигналов контроллера

Для обеспечения возможности контроля за ходом технологического процесса, на СКАТ-Х необходимо завести используемые сигналы, полное их описание приведено в таблице приложения 5.

1.8 Выбор и обоснование математического и системного обеспечения

1.8.1 ППП СКАТ-Х

1.8.1.1 Назначение системы

ППП СКАТ-Х (в последующем система СКАТ-Х) предназначен для решения задач автоматизации управления технологическими процессами и производствами непрерывного и дискретного характера в реальном масштабе времени.

Область применения системы - автоматизация процессов химической, нефтехимической, биохимической, фармацевтической, металлургической, пищевой промышленности.

СКАТ-Х является распределенной системой управления с гибкой структурой, включающей диспетчерскую технологическую станцию (ДТС), до 16 локальных технологических станций (ЛТС) и систему взаимодействия с объектом управления на базе микропроцессорных контроллеров (Ломиконт, Ремиконт, МИП, Ш-711).

Гибкость структуры СКАТ-Х проявляется в том, что локальные технологические станции могут выступать как автономные системы, способные решать задачи управления довольно крупными объектами (например, при использовании контроллеров Ломиконт 110/112, до 1024 входных и до 512 выходных аналоговых переменных, до 4096 входных и до 2048 выходных дискретных переменных).

Вместе с тем, ЛТС СКАТ-Х без какой-либо доработки могут быть объеденены в единую информационную систему посредством локальной технологической сети СКАТ-Х. Использование локальной технологической сети позволяет ввести еще один уровень иерархии управления - диспетчерское управление.

Структура системы СКАТ-Х в полной конфигурации представлена на рис. 13.

1

Рис. 13 . Структура СКАТ-Х в полной конфигурации.

ЛТС решает задачи управления объектом, получая необходимую информацию о состоянии объекта и реализуя управляющие воздействия на объект. ДТС решает задачу координации действий ЛТС в соответствии с заданным критерием управления крупным объектом, получая оперативную информацию с объекта и от операторов ЛТС.

Операторские станции СКАТ-Х (ЛТС и ДТС) реализуются на персональных компьютерах (ПК) в обычном или промышленном исполнении.

1.8.1.2 Технические характеристики станции СКАТ-Х

Основными характеристиками являются:

Используемая ЭВМ (ПК) - IBM PC/AT-286/287,20Mб,EGA/VGA

Используемая операционная система - MS-DOS 3.3 и выше

Объем используемой памяти:

оперативной - не менее 640 Кбайт

дисковой - не менее 10 Mбайт

Тип линии связи - витая пара

Тип адаптера связи :

для ЛТС - МПО-8, АПП-8, АПП-8М

для ДТС - АПП-8, АПП-8М

Число каналов связи :

ЛТС с контроллерами :

в сетевой конфигурации - 7

в автономной конфигурации - 8

ДТС с ЛТС - до 16

Скорость обмена по каналам связи - до 9600 бод

Удаленность по кабелю связи:

ЛТС - контроллеры - до 4000 м

ДТС - ЛТС - до 2000 м

Поддерживаемые протоколы обмена:

ЛТС - контроллеры - Л-110/112, 120/122, Р-110/112, 120/122,

Р-130, МИП Ш-711/1И

Интервал опроса параметров в установившемся режиме - 1 - 2 сек

Диапазон настройки интервалов архивирования параметров - 1сек - 18 час.

Интервал обновления данных на мнемосхемах и индикаторах - 1 - 2 сек

Максимальное число одновременно обслуживаемых контуров регулирования - 6

Максимальное число одновременно отображаемых графиков изменения параметров - 6

Объем архива истории процесса - в пределах свободного объема на диске

Диапазон настройки интервалов запуска процессов - 0 - 18 час

Принцип настройки на объект управления - без программирования

Восстановление после сбоев машины - автоматическое

Режим работы - непрерывный

Метод защиты - аппаратно-программный

1.8.1.3 Состав системы

Вся система СКАТ-Х является аппаратно-программным комплексом. Аппаратная часть состоит из:

персонального компьютера;

контроллеров, датчиков, исполнительных механизмов и линий связи с ними;

адаптера и линий связи с контроллерами.

Программная часть комплекса устанавливается на ПК и включает в себя:

систему настройки на заданный объект управления;

систему обеспечения целостности комплекса;

систему управления (Монитор пульта оператора).

1.8.1.4 Общие принципы построения системы СКАТ-Х

Функции системы СКАТ-Х. Программная система СКАТ-Х состоит из двух основных частей: системы настройки на объект управления (системы подготовки) и системы управления объектом.

Система настройки обеспечивает возможность адаптации СКАТ-Х к

работе на конкретном технологическом объекте и позволяет выполнять:

описание конфигурации оборудования;

задание требуемых характеристик обработки технологических параметров;

подготовка мнемосхем технологических процессов;

описание контуров регулирования;

определение характеристик каналов передачи данных;

определение характеристик прикладных процессов;

описание состава абонентов локальной технологической сети.

Работа пользователя в системе настройки сводится к заполнению таблиц и не требует никаких операций, связанных с программированием.

Набор функций системы управления, реализующей пульт управления

оператора технологического процесса, можно разбить на три класса:

Функции контроля и управления процессом:

представление оперативной информации о параметрах процесса на мнемосхемах;

ведение архива истории параметров с возможностью графического отображения поведения параметров в истории и в динамике поступления оперативных данных по параметрам;

выполнение операций пуска/останова технологического оборудования с отображением состояния оборудования на мнемосхемах (только ЛТС);

изменение уставок локальных контуров регулирования (только ЛТС);

перевод контуров регулирования в режим ручного управления положением исполнительного механизма (только ЛТС).

Средства контроля и управления аварийными ситуациями:

сигнализация нарушений технологического регламента:

- выхода за технологические границы и приближения к ним,

- возникновение аварийных ситуаций по результатам логического анализа косвенных признаков;

квитирование аварийных сигналов;

ведение протокола изменений состояния объекта по аварийным ситуациям с возможностью просмотра протокола (история аварий);

отображение карты аварий процесса;

отслеживание состояния контроллеров и линий связи с ними;

отображение изменений состояния объекта по авариям.

Дополнительные функции:

ведение протокола всех действий оператора, связанных с воздействием на объект управления;

протоколирование сетевых сообщений;

управление прикладными процессами (определение параметров, запуск, представление результатов работы;

представление информации о собственном текущем состоянии (по прикладному процессу, очереди процессов, характеристикам обмена с контроллерами);

сервисные функции (развитая система информационных фильтров, создание именованных групп выбора параметров, программируемый таймер событий, контекстно-зависимая помощь);

функции администратора системы (информация о пусках/остановах системы, просмотр протокола действий оператора, управление использованием каналов связи, ведение базы операторов системы, корректировка системных даты/времени, останов системы).

Система СКАТ-Х позволяет разрабатывать и подключать к системе прикладные процессы, реализующие необходимые технологические расчеты, подготовку документации и многое другое.

Среда СКАТ-Х. Среда СКАТ-Х, формируемая на этапе запуска системы управления СКАТ-Х и включает в себя:

резидент управления СКАТ-Х;

резидент буферизации СКАТ-Х;

монитор пульта оператора;

программу управления графикой.

Резидент управления выполняет функции обслуживания каналов связи. Производит: формирование канальных запросов, управление логическими каналами, формирование и ведение канальных очередей, распаковку информации, полученной от контроллеров, управление обменами монитора и прикладных процессов), управление прикладными процессами и службой времени, а также, рядом других специальных функций.

Резидент буферизации обеспечивает буферизацию операций архивирования параметров технологического процесса, хранения виртуальных экранов прикладных процессов и ряда системных параметров.

Монитор пульта оператора обеспечивает весь набор средств системы по управлению технологическим процессом.

Программа управления графикой предназначена для просмотра истории параметров в графическом виде.

Все программы системы управления функционируют только в среде СКАТ-Х и не могут быть запущены автономно.

Мультизадачность. Система СКАТ-Х является мультизадачной системой. Часть программ, одновременно выполняющихся в данный момент времени, неизменна по составу и образует ядро системы, обеспечивающее реализацию вышеуказанных функций. Другая часть является внешней по отношению к системе и может изменяться от объекта к объекту или вообще отсутствовать.

На базе такого решения, как параллельные процессы, могут быть реализованы задачи:

расчета технико-экономических показателей процесса;

получения различных отчетов в виде печатных документов;

получения справок, формируемых на основе некоторых расчетов и используемых оператором при выполнении своих функций;

построения и адаптации математических моделей процесса или его части;

оптимизации режимных параметров объекта;

режима советчика оператору.

Сетевые возможности системы. ЛТС СКАТ-Х могут объединяться в единую информационную систему с выделением диспетчерского уровня управления. Для подключения ЛТС к локальной технологической сети используется один из каналов адаптера связи, назначаемый через систему подготовки. Технологическая сеть имеет радиальную (звездообразную) структуру. Функции управления в сети выполняет ДТС.

Внешние (пользовательские) информационные возможности в системе ДТС - ЛТС определяются следующим образом :

предоставление диспетчеру необходимой информации о технологическом процессе;

обмен текстовыми сообщениями ЛТС - ЛТС, ЛТС - ДТС, ДТС - ЛТС;

обмен "расчетным полуфабрикатом" (возможность распределенного решения задач);

обмен "человек - компьютер" (возможность формирования запросов оператора к компьютеру другой станции и возможность передачи информации на другую станцию).

Надежность и живучесть системы. Надежность функционирования системы обеспечивается как соблюдением правил установки, монтажа и эксплуатации оборудования, так и использованием специальных механизмов и принципов построения программного обеспечения. К числу последних относятся:

встроенная подсистема контроля целостности системы СКАТ-Х;

механизм самовосстановления среды системы после сбоев и отключений машины (например, вследствие аварий по питанию);

постоянный контроль состояния контроллеров и линий связи;

автоматическая реконфигурация обмена вследствие аварий на линиях связи с контроллерами (обрыва линии);

надлежащая организация подсистемы обмена (с анализом и исправлением возможных ошибок при передаче данных по линиям связи, обработкой сбоев в каналах и т.п.);

регенерация информации по состоянию технологического оборудования.

1.8.2 Система автоматизации и проектирования АСУ ТП TRACE MODE

1.8.2.1 Описание системы

Trace Mode - программный комплекс, являющийся графической инструментальной системой для проектировщиков АСУ ТП и инженеров служб автоматизации предприятий. Основной частью его применения является разработка верхнего уровня систем промышленной автоматизации. Созданные в Trace Mode проекты состоят из набора файлов, описывающих используемые сигналы, промежуточные переменные, структуру математической обработки данных, документирования и архивирования, а так же файлы, содержащие графические формы представления информации управления, шаблоны генерируемых отчетов, файлы технологических и аварийных сообщений и пр.

Система содержит набор программных средств, позволяющих разрабатывать и отлаживать системы управления не прибегая к использованию языков программирования. Система ориентирована на стандартные, надежные аппаратно-программные средства, а следовательно, создаваемые с её помощью разработки имеют не высокую стоимость. Данное качество является большим плюсом.

Trace Mode открытая система, поддерживающая практически любые системы контроллеров. Система допускает плавное обновление программных и аппаратных средств.

Операторские станции, разработанные с помощью Trace Mode, отличаются многообразием эргономических решений, обусловленных богатством графических форм отображения информации. Одна и та же величина может быть представлена 200-ми видами.

Операторские станции, созданные на базе Trace Mode, можно объединять в локальную сеть и создавать многоканальные системы телеуправления. В рамках пакета можно создавать сетевые комплексы, включающие до 200 сетевых узлов.

Система обеспечивает обработку информации от 4096 каналов ввода/вывода.

Разработка АСУ ТП осуществляется в три этапа:

создание статических мнемосхем технологического объекта;

создание базы каналов при помощи редактора базы каналов;

наложение на статический рисунок отображения информации из базы каналов при помощи редактора форм изображения.

1.8.2.2 Требования к аппаратному обеспечению Trace Mode

ПК совместимый с IBM PC/AT;

CPU не ниже 80386DX;

наличие сопроцессора;

RAM не менее 1 Мб;

HDD не менее 4 Мб;

видеокарта SVGA (VESA) 640 х 480;

звуковая плата совместимая с Adlib Sound Blaster;

мышь, совместимая с MS Mouse (джойстик);

принтер

MS DOS 5.0 и выше.

1.8.3 Обоснование выбора математического и системного обеспечения

Система автоматизированного управления технологическими процессами СКАТ-Х была выбрана по следующим соображениям. Система менее требовательна к типу ПЭВМ. Минимальные требования - IBM 286 PC/AT совместимая. А на устанавливаемых здесь ПЭВМ 4-поколения система будет прекрасно работать. С ней очень просто работать. Даже рабочий персонал со среднеспециальным образованием может её освоить. У системы СКАТ-Х было и альтернативное решение, это система автоматизированного управления технологическими процессами, спроектированная на базе САПР "Trace Mode". Данная система обладает более качественной графической поддержкой, более универсальна и современна. Однако и здесь есть свои недостатки. Для внедрения новой системы необходимо купить дистрибутивы у организации-изготовителя, что влечет за собой значительные финансовые затраты. Данная система требует более современное аппаратное обеспечение, которое тоже необходимо будет закупить, а при сегодняшнем сложном материальном положении на промышленной котельной это сложно сделать. Кроме того, в результате работы системы "Trace Mode", на других объектах были выявлены некоторые проблемы. Главная проблема - создание и размер архивов. При одинаковых условиях, размеры архивов Trace Mode на несколько порядков больше, чем архивы СКАТ-Х. 300 МВа и 8 МВа соответственно. Да и время разметки архива у Trace Mode составляет полтора часа, а у СКАТ-Х - около 20 минут. Из написанного следует вывод, что более выгодно установить в котельной систему СКАТ-Х.

1.9 Разработка программного обеспечения на базе ППП СКАТ-Х

1.9.1 Описание каналов, адаптера и входов

Разработка программного обеспечения для проектируемой системы производится на базе системы автоматического управления технологическими процессами СКАТ-Х, и заключается в инженерном программировании, т.е. создании мнемосхем процесса с последующей привязкой полей мнемосхем к получаемым от контроллера сигналам.

Программирование производится из системы подготовки СКАТ-Х.

Привязка контроллеров к каналам СКАТ-Х производится при выборе из меню функций пункта меню [Каналы, F2]. Вызвав команду [Выбор], можно установить на первый канал контроллер, управляющий водогрейным котлом КВГМ-100. Настройка каждого канала производится при вызове команды [Настройка]. При вызове данной функции устанавливаем следующие значения:

Скорость - 4800 бод;

Паритет - четный;

Стоп-бит - 2;

Слово - 8 бит.

Описание адаптера связи производится при вызове опции [Адаптер]. Адаптер обрабатывает прерывание IRQ3 (300Н) от COM-2.

Описание входов системы СКАТ-Х производится при выборе команды меню функций [Параметры, F3], при помощи опций [Аналоговые входы] и [Дискретные].

1.9.2 Создание мнемосхем процесса

Создание и редактирование мнемосхем производится при помощи встроенного в систему СКАТ-Х редактора псевдографических изображений.

Для начала работы необходимо выбрать в меню функций пункт [Схемы, F5], а из появившегося подменю - опцию [Выбор схемы]. После выбора схемы - вызвать опцию [Подготовка схемы]. После совершения данных действий станет возможным создание псевдографического рисунка. Для удобства работы оператора необходимо создать несколько видов мнемосхем. На одной мнемосхеме будет отображаться циркуляция воды в котле, на другой - разрежение в котле (вместе с арматурой, задвижками и клапанами) и несколько сигналов, характеризующих протекание процесса. Внешний вид мнемосхем, разработанных на базе ППП СКАТ-Х, приведен на рисунках приложения 6.

Доступ к ресурсам псевдографического редактора происходит через функциональные клавиши F1 - F12 и клавиши переключения регистров. F1 - помощь. Набор спецсимволов вызывается путем нажатия клавиши F2. Если необходимый символ отсутствует в наборе, его можно создать в знакогенераторе.

После создания графического изображения, к нему необходимо привязать сигналы, поступающие от контроллера. Поля экрана, к которым будут привязаны аналоговые сигналы, создаются и описываются при вызове опции [Числовые поля]. F3 - добавить, F5 - изменить, F6 - позиция, F7 - цвет. Поля для дискретных сигналов создаются и описываются при вызове опции [Динамические поля]. Функциональные клавиши имеют такие-же функции.

1.9.3 Создание иерархии схем и карты аварий

Готовые мнемосхемы необходимо включить в иерархию схем, только включенные туда схемы будут доступны оператору ЛТС при работе в системе монитора.

Включение мнемосхем в иерархию схем производится при выборе пункта меню функций [Объект, F6], опции [Иерархия схем]. При помощи клавиши [Insert] мнемосхема включается на данном уровне.

Создание карты аварий производится при вызове опции [Карта аварий]. Сначала производится создание псевдографического рисунка, с последующей привязкой к его полям необходимых мнемосхем.

1.10 Разработка организационного обеспечения

Для внедряемой автоматизированной системы необходимо определить порядок её работы и очерёдность действий обслуживающего персонала. Иными словами необходима разработка организационного обеспечения. Исходя из данных об организации ведения технологического процесса до реконструкции, можно разработать новую организационную структуру технологического процесса.

В создаваемой структуре появятся новые звенья. С установкой в операторской локальной технологической станции, появятся несколько пользователей, имеющие определенные обязанности.

Оператор - оператор технологического процесса. В круг его обязанностей входит непосредственное управление процессом средствами системы СКАТ-Х. Для этого, помимо необходимых знаний по технологии процесса, оператору требуются знания возможностей системы. Указания по ведению технологического процесса он получает от технолога. Оперативно контролируя процесс, оператор может менять уставки регуляторов, технологические границы параметров, законы пересчета, по которым вычисляются косвенные параметры, сравнивать текущие значения с полученными ранее, для определения возможных причин отказов или сбоев в работе.

В случае возникновения аварийных ситуаций, отказа технологического оборудования или контрольно-измерительных приборов и автоматики, оператор ЛТС сообщает об этом технологу, останавливает технологический процесс. При помощи средств СКАТ-Х (применяя систему монитора и видеосхемы или тестируя контроллер, управляющий технологическим процессом) определяет возможную причину аварии. В случае, если сбой в работе произошел по вине контроллера или другой контролирующей аппаратуры, пытается устранить причину самостоятельно. Если попытки не приносят результата - вызывает ведущего инженера или слесарей-ремонтников, или слесарей КИПиА для устранения неисправностей. Данное нововведение позволяет сильно сократить время, затрачиваемое ремонтным персоналом на поиск и устранение неисправностей.

Программист - специалист, осуществляющий функциональное расширение системы в соответствии с местными требованиями без привлечения разработчика.

Машинист ЦТЩУ, вместе с машинистом-обходчиком по котельному оборудованию под руководством старшего машиниста котельной являются ответственными за безопасную эксплуатацию всего котельного оборудования и обеспечение установленных параметров теплоносителей на выходе из котельной. Машинист ЦТЩУ отвечает за безопасность при эксплуатации всего котельного оборудования в части:

контроля, управления оборудованием с центрального теплового щита управления котлами,

взаимодействия с машинистом-обходчиком по котельному оборудованию и старшим машинистом котельной,

ведения оперативной документации

За состоянием пароводяной арматуры должны следить слесари АВР.

1.11 Оценка вероятности безотказной работы системы

Для оценки вероятности безотказной работы проектируемой системы можно сначала оценить данную вероятность для существующей системы, не выводя её из рабочего режима.

Вероятность отказа оценивается по формуле:

Q_отк = N/T. (1.18)

где: N - число поломок;

T - время наблюдения.

Исходя из данных сменных рапортов за весь 1999 год можно вывести следующие численные значения количества поломок различных блоков: блок А-542 - 14 раз; блок РП160 - 2 раза; блок 22БП-36М - 19 раз; блок ТХК - 1 раз; блок Ш-79 - 2 раз; блок Сапфир-22М-ДД - 2 раза.

Общее количество поломок N=40. Время Т=365 суток.

Q_отк = 40/365 = 0.1096

Вероятность безотказной работы можно оценить по формуле:

Р=1 - Q_отк (1.19)

Р = 1 - 0.1096 = 0.8904

Зная, что в проектируемой системе не будут присутствовать блоки А-542 и РП160, приняв во внимание количество сбоев в работе контроллера (по опыту эксплуатации данного контроллера на других объектах и в подобных условиях) - 1 раз, можно оценить вероятность безотказной работы новой системы.

Q_отк = 24/365 = 0.0658

Р = 1 - 0.0658 = 0.9342

Исходя из полученных значений, можно сделать вывод о том, что новая система имеет довольно высокую вероятность безотказной работы, а вероятность появления отказа здесь меньше, чем у существующей системы. Данное обстоятельство является ещё одним положительным фактором, указывающим на необходимость смены системы управления.

Т.к. элементы подвергаются отказам и для восстановления работоспособного состояния требуется определенное время, то для оценки надежности системы применяют комплексный показатель - коэффициент готовности, т.к. он отражает такие составляющие надежности, как безотказность и ремонтопригодность.

Коэффициент готовности (К_г) - вероятность того, что система окажется работоспособной в произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации.

(1.20)

где:

- средняя наработка на отказ.

- среднее время восстановления работоспособного состояния.

Показатели надежности указаны в таблице 12.

Таблица 12. Показатели надежности.

Наименование			Кг
Датчики температуры	10300	1	0,999902
Датчики давления	10000	1	0,9999
Привод	21000	3,2	0,99984
Двигатель	12600	1,5	0,99988
Заслонка	16700	1	0,99983
Каналы связи	73600	0,66	0,999991
Контроллер			0,9968

Структурная надежностная схема представляет собой последовательно включенные элементы системы, т.к. отказ любого элемента, приводит к нарушению работоспособности всей системы регулирования. Соответственно формула для расчета вероятности работоспособности системы будет выглядеть следующим образом:

Отсюда:

К_г = 0,9968

Расчет надежности разрабатываемой системы показал, что система в целом имеет высокие показатели надежности и качества управления в условиях повышенных электромагнитных наводок, влажности и вибрации.

1.12 Расчет исполнительного механизма

Произведем расчет электродвигателя дымососа для выбора ПЧ.

Электродвигатель АИР-355М8УР имеет следующие параметры:

P = 160 кВт;

U_н = 380 В;

f = 750 об/мин;

КПД () = 0,93;

cos = 0,85;

К_дв = 2,4 ^. 10³.

Выходной номинальный ток электродвигателя АИР-355М8УР расчитывается по следующей формуле:

из формулы получаем I_н = 307 А.

Теперь произведем расчет числа оборотов электродвигателя:

(1.23)

подставляя разную выходную частоту электродвигателя получаем:

(при f_вых = 10) n₁ = 150 об/мин; (при f_вых =20) n₂ = 300 об/мин; (при f_вых =30) n₃ = 450 об/мин;

( при f_вых = 40) n₄ = 600 об/мин; ( при f_вых = 50) n₅ = 750 об/мин.

Из полученных данных можно сделать вывод, что ПЧ VEB DDU-380/390 более лучше подходит под требования этого электродвигателя.

Также произведем расчет электродвигателя вентиляторов для выбора ПЧ. Электродвигатель АИР-350М6 имеет следующие параметры:

P = 200 кВт;

U_н = 380 В;

f = 1000 об/мин;

КПД () = 0,94;

cos = 0,9;

К_дв = 4 ^. 10³.

Воспользовавшись формулами (1.15) и (1.16) для расчетов параметров получаем:

I_н = 359 А; (при f_вых = 10) n₁ = 200 об/мин; (при f_вых =20) n₂ = 400 об/мин; (при f_вых =30) n₃ = 600 об/мин;

( при f_вых = 40) n₄ = 800 об/мин; ( при f_вых = 50) n₅ = 1000 об/мин.

Из полученных данных также можно сделать вывод, что ПЧ VEB DDU-380/390 более лучше подходит под требования этого электродвигателя.

1.13 Определение научно-технического уровня разрабатываемой системы

Научно-технический уровень разрабатываемой системы можно оценить по нескольким критериям. Структура, разрабатываемой АСУ, актуальна на сегодняшний день. Введение в структуру АСУ верхнего уровня автоматизации с применением ПЭВМ и подключение к ней контроллера отвечает современным требованиям к автоматическим системам управления. А управление технологическим процессом с применением микропроцессорного контроллера является современным направлением развития автоматических систем управления в целом. В отношении технических средств, применяемых при разработке системы необходимо заметить, что ресурс работы контроллера составляет 8 лет - это довольно большой срок, а с учетом того, что научно - технический прогресс движется в настоящее время огромными темпами, за прошедшее время может появиться нечто координально новое в области АСУ. Если же замена отработавшего свой ресурс оборудования будет производиться на оборудование того же типа, но на более совершенную модель больших проблем с монтажем не возникнет. Программное обеспечение, разработанное для данной системы, можно применять и в последующем, после проведения будующих модернизаций оборудования, так как вновь появляющиеся системы имеют поддержку "сверху-вниз", а значит, существующее программное обеспечение, будет жизнеспособно ещё долгое время.

2. Охрана труда и техника безопасности

Охраной труда называют систему законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранения здоровья работоспособности человека в процессе труда.

Одна из основных задач охраны труда заключается в обеспечении безопасности труда человека, т.е. создание таких условий труда, при которых исключается воздействие на работающих опасных вредных производственных факторов.

2.1 Анализ влияния вредных и опасных производственных факторов на организм человека

Оборудование находящееся на котельной, относится к оборудованию повышенной опасности и подконтрольно Госгортехнадзору.

Опасными факторами являются: природный газ, мазут, высокие давление и температура пара и воды, вращающиеся части насосов, дымососов, вентиляторов.

К вредным производственным факторам, относятся шум, вибрация и повышенная температура окружающего воздуха.

2.1.1 Шум. Защита от шума

Шум - это беспорядочное сочетание различных по частоте и силе звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе и отдыху. Работа, выполняемая в шумной обстановке, оказывается более тяжелой, чем при выполнении ее в условиях относительной тишины. Шум влияет на чувствительность зрения, препятствует сосредоточению внимания, затрудняет выполнение точных работ. Установлено, что увеличение шума с 76 до 95 дБ снижает производительность физического труда на 20 - 22 %, а умственного - более чем на 40%. Шум вызывает изменения в нервной системе, оказывает влияние на психику человека, сердечно - сосудистую систему, пищеварение, ухудшает сон. Работа в условиях сильного шума может вызвать головную боль, головокружение, ослабление внимания. Длительное воздействие чрезмерного шума приводит к стойким поражениям и нарушению функций органов слуха.

На промышленной котельной шум в основном механический (работа котлов, деаэраторов) и аэродинамический (работа насоса).

По санитарным нормам СН 245-71 нормируемыми параметрами шума являются уровни в децибелах (L,дБ) среднеквадратичных звуковых давлений в октавных полосах частот от 63 до 8000 Гц. Предельному спектру, принятому в санитарных нормах (в котором величина звукового давления на частоте 1000 Гц является его номером), приближенно соответствует увеличенное на 5 дБ значение уровней звука в дБА (например, спектру ПС-35 соответствует 40 дБА и т.п.). На промышленной котельной замеры шума показали результаты, занесенные в таблицу 13.

Таблица 13. Показатели уровня шума.

Зона замера	Общий уровень шума, дБА	ПДУ, дБА
09.99	Зона котлов	80	80
	Пульт управления	63	75
06.98	Зона котлов	80	80
	Пульт управления	58	75

Согласно таблице, уровень шума находится на границах предельно-допустимых значений в зоне котлов, а в помещении пульта управления шум находится в норме. В данном случае для защиты персонала от шума применение средств индивидуальной защиты не обязательно, но рекомендуемо. Для защиты органов слуха можно применить наружные и внутренние противошумы.

Наружные противошумы (шумозащитные наушники) прикрывают ушную раковину, внутренние противошумы (заглушки, вкладыши) вставляют в наружный слуховой проход. Заглушки (так называемые "беруши") ослабляют шум на 5 - 7 дБ при частотах до 500 Гц и на 15 дБ при частотах более 3000 Гц. Индивидуальные средства защиты, в данном случае, будут успешно защищать органы слуха человека, так как измеренные значения и предельно допустимый уровень шума фактически равны. Однако применение внутренних противошумов не всегда возможно, так как они быстро загрязняются от пыли и пота и создают неудобства при пользовании ими. Гораздо эффективнее применение шумозащитных наушников, которые закрывают всю ушную раковину. На промышленной котельной применяются и беруши, но чаще предпочтение отдается наушникам типа ВЦНШОТ-1.

2.1.2 Влияние вибрации

Вибрация - это сотрясение конструкций, машин, механизмов, сооружений, возникающее в следствии неуравновешенных силовых воздействий.

Частотный диапазон: 1 - 2000 Гц. Вибрация вызывает раздражение нервных окончаний.

Для ослабления вибрации агрегаты ставят на самостоятельные фундаменты. Также прохождение своевременного технического обслуживания и ремонта насосов и др. источников вибрации (устранение соударений и дисбаланса движущихся масс).

Так на промышленной котельной все агрегаты (котлы, деаэраторы, насосы) установлены на отдельные фундаменты.

2.1.3 Воздействие вредных газов

Вредные газы действуют на организм человека удушающе или отравляюще. Удушающие газы не вызывают каких-либо нарушений в организме человека. При значительных концентрациях газа в воздухе содержание кислорода в нем уменьшается и его не хватает для нормальной жизнедеятельности организма человека, что вызывает кислородный голод. Первые признаки кислородного голода могут появится при понижении содержания кислорода в воздухе с 21% до 18 - 16%. При содержании кислорода в воздухе ниже 6% дыхание человека останавливается. Опасность для человека представляет содержание удушающего газа в воздухе помещений выше 30%.

Отравляющие газы вызывают различные нарушения нормальной жизнедеятельности человеческого организма, в результате чего даже при достаточном содержании кислорода в воздухе происходит отравление. Соединяясь с гемоглобином крови, окись углерода образует карбоксигемоглобин, который препятствует обогащению крови кислородом и, следовательно, не допускает передачи кислорода клеткам организма. По мере накопления карбоксигемоглобина наступает кислородный голод. Допустимая концентрация окиси углерода в воздухе помещений составляет 0,02 мг²/л. признаки отравления: головная боль, шум в ушах, слабость, тошнота. При более тяжелых отравлениях наблюдается потеря сознания, прекращение дыхания и остановка сердца.

На промышленной котельной в качестве топлива применяется природный газ. Природный газ не имеет запаха, цвета, вкуса, легче воздуха в 1,72 раза, взыровоопасен, действует удушающе, содержит 94% метана. Для придания запаха в природный газ добавляют газ этилмеркаптан 16 г на 1000 м³.

Содержание природного газа свыше 10% в замкнутом помещении может привести к смерти от недостатка воздуха.

Природный газ имеет пределы взрываемости: нижний предел - 5% и верхний предел - 15%. В этих пределах смесь газа с воздухом является взрывоопасной, при наличии искры или открытого огня произойдет взрыв.

Газоопасные места в зависимости от степени загрязнения воздуха вредными примесями подразделяются на четыре группы:

ГРУППА 1. Места, где кратковременное пребывание людей без газозащитной аппаратуры смертельно опасно.

ГРУППА 2. Места, где содержание вредных примесей в воздухе превышает санитарные нормы, и где длительное пребывание людей без газозащитной аппаратуры смертельно опасно.