Для измерения давления и используем датчики давления фирмы Yokogawa. Рассмотрим датчики давления серий EJA и EJX.

Датчик давления Yokogawa DP-harp E530JA взрывозащищенный предназначен для измерения избытoчного дaвления жидкости, газа или пара и непрерывного преобразования измеряемого параметра в унифицировaнный анaлоговый токовый сигнал 4-20мА и цифровой сигнaл в стандарте протокола HART.

Корпус преобразователя представляет собой литую конструкцию из аллюминевого сплава и низким содержанием меди и с полиуретановым покрытием. Класс защиты корпуса IP67. Единственная электронная плата датчика смонтированавнутри корпуса, что обеспечивает максимальную защиту от проникновения внутрь влаги и пыли. Новая конструкция датчика обеспечивает 10 кратное улучшение рабочих характеристик, позволяет оптимизировать эти характеристики и расширить диагностические возможности, повысить стабильность, качество установки на месте эксплуатации и облегчить обслуживание.

Технические характеристики

- пределы измерения: до 50 МПа

- погрешность измерений ±0.025% шкалы

- температура окружающей среды -40ч85 0С

- температура процесса -40ч140 0С (без охлаждающей камеры)

- выходной сигнал: 4-20мА с функцией цифровой связи по HART протоколу

- внесён в Госреестр средств измерений №24116-02

Влияющие воздействия:

Изменение температуры окружающего воздуха в рабочем диапазоне температур	±(0,005+0,0045Pmax/Pi)% от Pi
Вибрация	±(0,1Pmax)%
Влияние напряжения питания	Менее ±0,005% от калиброванной шкалы на 1 В.
Влияние положения при монтаже	±0,311 кПа. Устраняется калибровкой. Влияния на диапазон (шкалу) нет.

С датчики Yokogawa DP-harp E530JA сигнал поступает на модуль ввода аналоговых сигналов, далее пребразованный цифровой сигнал идет в контроллер и на станцию управления, также сами датчики имеют встроенный ЖК дисплей для отображения измеряемой информации.

Для измерения уровня в емкостях, кубах колонн используем микроволновой уравнемер VegaFlex 65.

VegaFlex 65 предназначен для измерения уровня в открытых и закрытых резервуарах радарным методом и непрерывного преобрaзования измеряемого параметра в унифицировaнный анaлоговый токовый сигнал и цифровой сигнaл в стандарте протокола HART.

Если при самодиагностике будет обнаружена неисправность датчика, то для предупреждения пользователя аналоговый сигнал будет установлен вне рабочей шкалы. Уровень выходного сигнала будет установлен по стандарту Rosemount, NAMUR, или по выбору пользователя.

Технические характеристики

-Диапазон измерения: -100…40000 кПа

-Погрешность измерений ±0.035% шкалы

-Температура окружающей среды -40ч80 0С

-Температура процесса -40ч150 0С

Выходной сигнал: 4-20мА с функцией цифровой связи по HART протоколу. Демпфирование от 0 до 60 секунд

-Госреестр средств измерений №24116-02

-Взрывозащита: 1ExdIICT6X, IP66

Монтаж. Обычно датчики микроволнового типа устанавливаются на выносной или погружной измерительной колонке.

Сигнал с уравнемера напрямую через барьер приходит модуль аналогового ввода, далее преобразованный цифровой сигнал идет на контроллер для далнейшей обработки, а так же на станцию управления. Уравнемер снабжен ЖК дисплеем для индикации уровня визуально по месту «PLITSCOM», так же благодоря этому модулю всю настройку можно произвести непосредственно на месте.

Для измерения гидростатического уровня на боковых погонах колонн тарелке применяется интеллектуальный датчик уровня гидростатический Yokogawa DP-harp E110JA.

Yokogawa DP-harp E110JA предназначен для измерения уровня в открытых и закрытых резервуарах гидростатическим методом и непрерывного преобрaзования измеряемого параметра в унифицировaнный анaлоговый токовый сигнал и цифровой сигнaл в стандарте протокола HART.

Высокоточные интеллектуальные датчики гидростатического давления (уровня) DPharp для измерения уровня жидкости обладают улучшенными значениями основной приведенной погрешности, что связано с применением конструкции Yokogawa тонкости которой являются ноу-хау и не раскрываются. Технология Saturn позволяет оптимизировать характеристики и расширить возможности преобразователя давления.

Если при самодиагностике будет обнаружена неисправность датчика, то для предупреждения пользователя аналоговый сигнал будет установлен вне рабочей шкалы. Уровень выходного сигнала будет установлен по стандарту Rosemount, NAMUR, или по выбору пользователя.

Технические характеристики

-Диапазон измерения: от -500 до 500 кПа( в зависимости от исполнения капсулы)

-Погрешность измерений ±0.065% шкалы

-Температура окружающей среды -40ч85 0С(без индикатора)

-Температура процесса -40ч120 0С

-Выходной сигнал: 4-20мА с функцией цифровой связи по HART протоколу --Демпфирование от 0 до 60 секунд

-Госреестр средств измерений №24116-02

-Взрывозащита: 1ExdIICT6X

Сигнал с уравнемера напрямую через барьер и модуль аналогового ввода приходит на контроллер для далнейшей обработки, а так же на станцию управления. Уравнемер снабжен ЖК дисплеем для индикации уровня визуально по месту.

Для измерения расхода в данном курсовом проекте применяется вихревой интеллектуальный датчик расхода Yokogawa DigitalYewflo DY(интегрального типа).

Yokogawa DigitalYewflo DY предназначен для измерения объёмного расхода жидкости, газа или пара и непрерывного преобрaзования измеряемого параметра в унифицировaнный анaлоговый токовый сигнал и цифровой сигнaл в стандарте протокола HART.

Таблица 5

Номинальный размер, мм	Пределы измерений, м3/час	Диапазон гарантированной точности измерения расхода,м3/ч
15	от 0,3 до 6,0	от 0,94 до 6,0
25	от 0,65 до 18,0	от 1,7 до 18,0
40	от 1,3 до 44,0	от 2,6 до 44,0
50	от 2,2 до 73,0	от 3,3 до 73,0
80	от 4,3 до 142	от 4,6 до 142
100	от 7,5 до 248	от 7,5 до 248
150	от 17 до 544	от 17 до 544
200	от 34 до 973	от 34 до 973
250	от 60 до 1506	от 60 до 1506
300	от 86 до 2156	от 86 до 2156

По таблице выбираем номинальный диаметр расходомера D = 100 мм, для расхода г.к. на установку и D=40 мм для расхода на орошение К-1, который удовлетворяет нас по пределам измерения.

Технические характеристики

- номинальный размер 100 мм

- пределы измерения: 7,5…248 м3 /ч

- избыточное давление в трубопроводе до 15 МПа

- погрешность измерений: погрешность включена в К-фактор, но не превышает ±0.5% шкалы(жидкость)

- температура окружающей среды -40ч60 0С(интегрального типа)

- температура процесса -40ч450 0С (в зависимости от исполнения)

- выходной сигнал: 4-20мА с функцией цифровой связи по HART протоколу

- взрывозащита 1ExdIICТ6(Т5)(Т4)(Т3)(Т2)(Т1) Х.

- Внесен в Госреестр в качестве средства измерений под №25407-05

5.Для управления исполнительными механизмами используется электропневматический позиционер модели 4700Е Камфлекс фирмы «DS Controls» (Нижний Новгород), взрывозащищенный. Прибор обеспечивает надежность, точное позиционирование, высокую чувствительность и возможность настройки на месте характеристик регулирования. Характеристики:

- управляющий сигнал: 4-20 мА,

- характеристика регулирования: линейная или равнопроцентная,

- действие: прямое,

- давление питания: от 0,14 до 0,7 МПа,

- потребление воздуха: до 0,5 нм3/ч (при питании 0,17 МПа),

- сопротивление: 170 Ом,

- окружающая температура: от -40 до +85 °С,

- пылевлагозащита: IP66,

- взрывозащита:

ЕЕхdIIBT5 + Н2 Т5 (окружающая температура от -40 до +70 оС),

ЕЕхdIIBT4 + Н2 Т4 (окружающая температура от -40 до +85 оС),

- искробезопасность: ЕЕхiaIICТ4,

- зона нечувствительности: < 0,2 %.

Для автоматического управления жидкими и газообразными потоками используется регулирующий клапан серии 35-35002 Камфлекс фирмы «DS Controls» (Нижний Новгород). Камфлекс - это поворотный сегментный клапан с эксцентричным плунжером, обладающий высокой пропускной способностью, устойчивостью к кавитации, широким диапазоном и точностью регулирования. Простая и обтекаемая форма корпуса способствует высокой устойчивости к эрозионному износу, исключает вероятность образования застойных зон. Повышенную точность регулирования обеспечивает установка кулачка позиционера непосредственно на торце приводного вала. Характеристики:

- условный диаметр: 25...300 мм,

- условное давление: 1,6...10,0 МПа,

- пропускная способность: 5,6...1750 м3/ч,

- температура среды: от -200 до +400 оС,

- окружающая температура: от -50 оС до +65 оС,

- пропускная характеристика: равнопроцентная или линейная,

- тип привода: пневматический,

- герметичность в затворе: IV класс по ANSI,

- присоединение: фланцевое или стяжное,

- исполнительный механизм: пневматический,

- управляющий сигнал: 0,02 - 0,1 МПа,

- материал плунжера: литая нержавеющая сталь 25.

6. В качастве барьеров искробезопасности на заводе применялись барьеры встроенные в модуля ввода-вывода, но с целью повышения надежности решили установить барьеры фирмы GM.

Новые искробезопасные изолирующие интерфейсные модули (барьеры искробезопасности) компании GM International позволяют просто и экономически эффективно решить задачу обеспечения искробезопасности систем управления технологическими процессами, работающих на взрывоопасных производствах.

Высокая плотность монтажа

Высокая плотность компоновки каналов, являющаяся результатом использования новейших методов проектирования и электронных компонентов поверхностного монтажа.

Сверхтонкие четырехканальные модули шириной 22.5 мм,монтируемые на стандартной DIN-рейке Т35.

6 мм пространства на один канал.

176 входных / выходных каналов размещаются на одном метре DIN-рейки.

Одноканальные, двухканальные и четырехканальные модули.

Эксплуатационные характеристики

Высокая точность передачи и воспроизведения сигналов.

Передовая схемотехника, обеспечивающая низкое тепловыделение, гарантирует естественное охлаждение модулей несмотря на их высокую функциональность.

Малая потребляемая мощность.

Использование технологии поверхностного монтажа обеспечивает максимальную надежность и долговечность.

Функциональные возможности

* Большой выбор дискретных и аналоговых входов / выходов, включая токовый 4-20 мА, преобразование сигналов, конфигурации с питанием от сигнального контура или от внешнего источника питания.

Релейные контакты, рассчитанные на ток до 2 А, для непосредственной коммутации высоких нагрузок.

Гальваническая развязка входов, выходов и цепей питания для исключения помех, проблем, связанных с контуром заземления, и обеспечения искробезопасности без использования сложных систем защитного заземления.

Система контроля состояния линии, обнаруживающая обрыв и короткое замыкание полевых кабелей.

Возможность конфигурирования выходов как источника или приемника тока в аналоговых моделях.

*Универсальные программируемые микропроцессорные модули обеспечивают преобразование широкого ряда входных сигналов от термопар (ТП), термометров сопротивления (ТС), низковольтных (мВ) источников, измерительных потенциометров в стандартные выходные сигналы 4...20 мА или 15 В.

Технические данные:

Питание 12-24 В пост, номинальное напряжение (допустимо от 10 до 30 В), защита от обратной полярности, уровень пульсаций < 5 В пик.

Изоляция (тестовое напряжение)

Искробезопасный вход / выход 1500 В ; Искробезопасный вход / цепи питания 1500 В; Между входами каналов 500 В; Между выходами 500 В; Между выходом и цепями питания 500 В.

Эксплуатационные характеристики

Соответствуют номинальным условиям: напряжение питания 24 В, сопротивление нагрузки 250 Ом, температура окружающей среды 23 ± ГС.

Условия окружающей среды

Рабочие: Диапазон температур от -20 до +60°С, относительная влажность 90%

максимум, без конденсации, вплоть до 35°С.

При хранении: Диапазон температур от -40 до +80°С.

Сертификация и разрешение на применение: DMT 01 АТЕХ Е 042 X на соответствие стандартам EN 50014, EN50020; Соотвествует уровню безопасности SIL 2 (EN61508). Свидетельство № 665 ИСЦ ВЭ о взрывозащищенности и соответствии ГОСТ Р51330.0-99 и ГОСТ Р 51330.10-99, разрешение Госгортехнадзо-ра России на применение № РРС 04-11284.

2.2 Анализ существующей системы управления

Для реализации управления технологическим процессом распределенная система управления CENTUM CS3000R. На первом уровне используются полевые КИПиА, на втором - микропроцессорные контроллеры системы , предназначенные для управления в локальном режиме управления, на третьем - фронтальные процессора предназначенные для управления в автоматизированной системе управления (супервизорное управление), на четвертом происходит координация действий производства, а на пятом планирование ресурсов, необходимее соглашения на отгрузку, вообщем все то что необходимо для безостановочной работы предприятия.

Функции, выполняемые на первом уровне АСУТП: сбор технологической информации с датчиков.

Функции, выполняемые на втором уровне: обработка первичной информации (масштабирование, линеаризация); осуществление локальных схем управления; выдача обработанной информации на панели управления.

Функции, выполняемые на третьем уровне: обработка полученной аналитической информации с контроллера сбора аналитики информации; осуществление управления по анализам, по схемам управления.

Функции, выполняемые на четвертом уровне: сбор и обработка технологической информации за определенный период времени; хранение всей технологической информации; выдача отчетов; хранение всех технологических схем, графиков; возможность архивирования данных на ленту.

Для выполнения функций противоаварийной защиты и блокировки, благодоря тому что фирма YOKOGAWA сертифицировала свою систему в работе противооварийной защиты, используется та же система.

CENTUM CS 3000 является испытанной системой управления, предназначенной для оптимального управления крупнотоннажными производствами. Это открытая система, которая, имея расширенные функциональные возможности, предоставляет пользователю открытые гибкие возможности управления.

CENTUM CS 3000 позволяет осуществлять обмен данными между супервизорной системой такой, как система планирования ресурсами, и системой производства, что позволяет строить оптимальную стратегию управления всем заводом.

CENTUM CS 3000 предназначена для обеспечения автоматизации технологических процессов на базе измерительной информации, включая сбор и обработку первичной информации о параметрах технологических процессов, преобразование хранение и передачу информации на более высокие уровни управления, вычисление показателей, характеризующих процесс, формирование команд и управляющих воздействий, а также сигналов аварийной защиты.

Основными достоинствами системы являются:

- высокая надежность системы, которая основывается на отказоустойчивости станции управления, блок управления которой имеет четыре процессора “работающая пара-резерв” (этот метод не используется ни в одной из систем, производимых в мире) и дублированием шины связи V-net и ESB шины. Каждая пара работает параллельно, контролируя правильность вычислений. Если результаты пары не совпадают, то работа передается резервному контроллеру.

- наличие функции объектного и виртуального тестирования, позволяющая проверять правильность выполнения инженером схем управления перед включением их в реальный процесс. Модернизация может осуществляться без остановки управления технологическим процессом. Виртуальное тестирование осуществляется без участия станции управления участком.

- наличие специального пакета для управления периодическими процессами.

- эффективный инжиниринг: интерактивная система генерации функций, требующая минимально необходимый ввод данных. Инжиниринг охватывает многочисленные операции, такие как проектирование системы, генерация системы применительно к конкретному технологическому процессу, запуск, добавление новых схем управления, модернизация уже созданных, создание технологических отчетов, тестирование, сервисное обслуживание. Инжиниринг может производиться как на станции оператора, так и на отдельном компьютере.

- возможность реализации на станции управления системы противоаварийной защиты и сигнализации.

Архитектура системы

Станция управления участком (FCS - Field Control Station)

FCS представляет собой станцию управления нового поколения. Она объединяет в себе системы управления технологическим процессом, компьютеры и пакетную обработку данных.

Станция FCS состоит из следующего оборудования:

- блок управления участком FCU;

- до десяти интерфейсных блоков с выносными корзинами на каждый FCU;

- до восьми модулей ввода/вывода I/О на каждую корзину;

- шина дистанционного ввода/вывода ESB для подключения корзины к FCU.

Блок управления FCU

Блок управления FCU содержит микропроцессор, интерфейс шины ESB и блок батарейного резервного питания. Он обеспечивает выполнение вычислений и управление станцией FCS. Он состоит из следующих элементов:

- три типа плат (процессор, обмен данными с узлами и платы блоков питания);

- соединитель сети V-net;

- соединитель шины ESB.

В конфигурации с двойным резервированием в FCU монтируется два процессора, два блока связи с узлами, два блока питания, два соединителя V-сети и две платы соединителя с шиной ESB.

Блок управления обрабатывает дискретные и аналоговые сигналы, поступающие с датчиков, концевых выключателей, пультов операторов, и других устройств ввода в соответствии с технологической схемой управления процессом, и формирует аналоговые и дискретные выходные сигналы для исполнительных механизмов.

К FCU с помощью шины ESB могут подключаться до десяти узлов. Узел состоит из блока ввода/вывода, подключенного к рабочим сигналам или подсистемам, а также блока интерфейса узла.

Блок интерфейса узла представляет собой устройство для обработки сигнала. Оно считывает рабочие сигналы ввода/вывода из модулей ввода/вывода (до восьми модулей) и передает переменные в FCU.

технологический газовый конденсат автоматизация управление

Блок ввода/вывода состоит из 8-ти модулей ввода/вывода, вставленных в гнездо модуля. Возможно использование различных типов модульных гнезд:

- ASI 133-HOO/SA3SO: модульное гнездо искробезопасного аналогового ввода (4-20 мА/ с поддержкой HART-протокола);

- ASI 533-HOO/SS3SO: модульное гнездо искробезопасного аналогового выхода (4-20 мА/ с поддержкой HART-протокола);

- ADV 169 - POO: модульное гнездо дискретного ввода;

- ADV 569 - POO: модульное гнездо выхода;

Модули ввода/вывода

Модули ввода преобразуют аналоговые входные сигналы от технологического процесса в цифровую информацию, с которой может работать FCU. Модули вывода преобразуют цифровые данные от FCU в аналоговые и контактные сигналы, и формируют выходную информацию.

Модули ввода/вывода подразделяются на следующие типы:

- аналоговые;

- дискретные.

Модули ввода/вывода аналоговых сигналов

Модули входов тока. Данные модули принимают токовые сигналы 4-20 мА от двух проводниковых датчиков.

Модули выходов тока. Модуль выполняет преобразование и выдачу различных токов в диапазоне от 4 до 20 мА.

Источник бесперебойного питания. В системе CENTUM CS 3000 применяется источник бесперебойного питания серии Conceptpower Gemini 30 (15+15) кВА фирмы «NEWAVE». Мощность 2x10 кВт. Вход 3 фазы. Выход 3 фазы. С функциями подавления тока высокой частоты (блок бесперебойного питания инверторного типа с высоким коэффициентом мощности), удовлетворяющий требованиям электромагнитной совместимостью (ЕМС).

Источник бесперебойного питания работает с двойным преобразованием входного напряжения. Он предназначен для электропитания и защиты по цепи питания различных видов нагрузки (компьютерных сетей, серверов, систем управления технологическими процессами, телекоммуникационного оборудования, центров хранения данных), чувствительной к любым неполадкам в электроснабжении от централизованной электросети.

Блок питания модели PW 602 .Блок питания устанавливается совместно с контроллером и обеспечивает питание этого контроллера. Для одного блока управления FCU используется 2 блока питания. Эти блоки питания резервируются. ИБ источник питания получает напряжение в диапазоне от 220 до 230 В постоянного тока и преобразует его в 24 В постоянного тока для питания контроллера.

Шина ESB.Шина дистанционного ввода/вывода (ESB) представляет собой коммуникационную шину ввода/вывода, которая соединяет процессор станции управления и часть ввода/вывода (корзину). Она подключается к FCU с помощью блоков узловых интерфейсов.

Станция оператора (HIS - Human Interface Station).Для сбора данных и диспетчерского контроля используется мощная легко управляемая станция оператора (HIS) - она выводит на дисплей переменные процесса, управляющие параметры и сигнализации, которые необходимы пользователям для быстрой оценки рабочего состояния установки. Станция оператора также включает в себя открытые интерфейсы, позволяющие супервизорному компьютеру получить доступ к данным тренда, сообщениям и данным процесса.

В комплект станции оператора входит печатающее устройство (принтер), манипуляторы, звуковые устройства, различные накопители информации.

Во всех рабочих станциях используется процессор Intel Pentium 4. Этот 32-битный процессор хорошо подходит для ПО системы CENTUM CS 3000. Имеется до 2 ГБ современной оперативной памяти с коррекцией ошибок (ECC), для ускорения работы 512 КБ кэш-памяти с конвейерной пакетной обработкой. ПО CENTUM CS 3000 лучше всего работает при разрешении 1024 x 768 пикселов или выше. Встроенный видеоконтроллер увеличивает производительность видеосистемы и помогает добиться нужного разрешения. Можно расширить доступную площадь изображения, используя два монитора.

HART- протокол. Связь станции управления HIS с датчиками осуществляется через станцию управления FCS с помощью стандартного коммуникационного протокола HART (Highway Addressable Remote Transducer). Протокол HART является «открытым» и доступен для всех производителей приборов и систем управления, желающих его использовать.

HART протокол использует стандарт Bell 202 кодировки сигнала методом частотного сдвига (FSK) для обмена данными на скорости 1200 Бод; сигнал накладывается на аналоговый измерительный сигнал 4-20мА. Для представления двоичных 1 и 0 используются две разные частоты (1200 Гц (одиночный цикл) и 2200 Гц (примерно два цикла) соответственно). Поскольку среднее значение FSK сигнала равно 0 (то есть никакая компонента по постоянному току не добавляется), то он не влияет на аналоговый сигнал 4_20мА, несмотря на прохождение цифрового сигнала. Это достигается также введением в прибор однополюсного НЧ фильтра 10Гц, снижая помехи на аналоговом сигнале примерно до 0,01%. Каждое цифровое сообщение содержит адрес источника и назначения, а также имеет контрольную сумму для обнаружения любого искажения сообщения.

Описание системы противоаварийной защиты CENTUM CS 3000

Архитектура системы такая, как у РСУ CENTUM CS 3000, кроме модулей ввода/вывода.

Модули ввода аналоговых сигналов. Данные модули принимают токовые сигналы 4-20 мА от двух проводниковых датчиков.

Модули ввода/вывода дискретных сигналов. Дискретные модули ввода/вывода конфигурируются из блока платы и клеммного блока терминала. Так как типы сигналов ввода/вывода устанавливаются программно, то на модуле отсутствуют управляющие переключатели и рукоятка.

CENTUM CS 3000. Сигналы 4-20 мА от датчиков расхода, уровня, температуры, давления регулируемых параметров поступают в модули аналогового ввода ASI 133-HOO/SA3SO.

Алгоритм работы интеллектуального датчика: сенсор датчика получает воздействие от физического объекта; первичный преобразователь преобразует воздействие в электрический сигнал, оцифровывает его, далее цифровой сигнал подвергается обработке встроенным микропроцессором. Затем цифровой сигнал преобразовывается в стандартный нормированный сигнал, поступающий в контроллер. Одновременно токовый сигнал модулируется цифровым протоколом для настройки и диагностики.

В модулях ввода сигналы оцифровываются, масштабируются (переводятся в технические единицы) и по шине ESB передаются в процессоры станции управления участком. Процессоры обрабатывает сигналы по алгоритму, заданному в соответствии с технологической схемой управления. В процессорах сигнал проходит проверку на выход за допустимые пределы сигнала. Для регулируемых параметров в процессоре рассчитывается величина управляющего воздействия, которая после проверки на пределы передается в модуль аналогового вывода ASI 533-HOO/SS3SO, затем на исполнительные механизмы.

Программирование станции управления осуществляется на станции оператора. Соединение блока управления и модулей ввода/вывода осуществляется с помощью ESB-шины. Связь станции управления участком FCS со станциями оператора осуществляется с помощью вычислительной сети V-net.

Станция оператора осуществляет следующие функции: управление в реальном масштабе времени основным и вспомогательным технологическим процессом, ведение базы данных, визуализацию состояния технологического оборудования (мнемосхемы, графики), обработку данных, дистанционное и ручное управление технологическим процессом, сигнализацию вышедших за пределы технологических параметров, формирование и печать протокола нарушений и сообщений, связь с другими системами автоматизации.

Станция инженера выполняет функции: задание уставок блокировки, настройка датчиков, настройка диапазонов значений параметров, настройка регуляторов, отладка программ, настройки мнемосхем, трендов.

2.3 Выводы по необходимости модернизации системы

Общая задача управления технологическим процессом формулируется обычно как задача максимизации (минимизации) некоторого критерия (себестоимости, энергозатрат, прибыли) при выполнении ограничений на технологические параметры, накладываемые регламентом. В данном случае задачу автоматизации можно сформулировать следующим образом: получить максимум качественного при минимальных энергозатратах.

Как видно из описания существующей системы автоматизации и средств автоматизации, смысла ставить новое оборудование, которое мало чем превосходит имеющееся, будет невыгодно ни экономически не практически.

Поэтому дальнейшая работа над усовершенствованием данного производства будет звучать как работа над поднятием качества изотавливаемой продукции.

На сегодняшний день в странах зарубежья существуют очень жесткие стандарты в отношении топлива и вообще углеводородов необходимо поднять уровень производимых углеводородных фракций до этих стандартов, особенно это касается дизельного топлива которое «уходит» на экспорт и прямогонного бензина. Основное положение требований заключается в том что бы бензины не имели в своем составе серосодержащие компоненты. Этого можно достичь вводом в эксплуатацию установки по электрообессоливанию и обезвоживанию углеводородов(ЭЛОУ). Смысл работы такой установки в том что углеводороды смешиваются с водой, при этом с водой смешиваются и соли и сера, и под действием электричества большого напряжения (5-15 КВт) вода начинает скапливаться у электродов в большие капли которые оседают вниз емкости вместе с солесодержащимися компонентами. Это позволит нам достичь стандарта Евро-4 в производстве дизельного топлива.

Блок электрообессоливания и обезвоживания газового конденсата (ЭЛОУ) предназначен для получения газового конденсата с содержанием солей не более 5 мг/дм3 (в перерасчёте на NaCl) и содержанием воды не более 0,1 % масс. с целью его дальнейшего фракционирования на установке переработки газового конденсата.

Техническое оснащение данной установки средствами автоматизации - задача данного дипломного проекта.

2.3.1 Задача на техническое оснащение блока электрообессоливания и обезвоживания углеводородов

При при выборе средств автоматизации необходимо знать контура:

Регулируемые параметры

Контур 1 - регулирование расхода свежей воды на промывку к смесителям СМ-1, СМ-2. Клапан поз. 1-5 типа «НО» установлен на трубопроводе подачи свежей воды от насоса Н-113/1,2 к Т-110.

Контур 2 - регулирование расхода рециркулируемой воды подаваемой на промывку насосом Н-111/1,2 к смесителю СМ-1. Клапан поз. 2-5 типа «НО» установлен на трубопроводе подачи рециркулируемой воды от насоса Н-111/1,2.

Контур 3 - регулирование расхода рециркулируемой воды подаваемой на промывку насосом Н-112/1,2 к смесителю СМ-2. Клапан поз. 3-5 типа «НО» установлен на трубопроводе подачи рециркулируемой воды от насоса Н-112/1,2 к смесителю СМ-2.

Контур 4- регулирование уровня отстоявшейся воды в электродегидраторе Э-1. Клапан поз.4-5 типа «НО» установлен на трубопроводе сброса воды в Е-110.

Контур 5 - регулирование уровня отстоявшейся воды в электродегидраторе Э-2. Клапан поз. 5-5 типа «НО» установлен на линии сброса воды в линию всаса насоса Н-112/1,2.

Контур 6 - регулирование уровня газового конденсата в отстойнике стоков Е-110. Клапан поз. 6-5 типа «НЗ» установлен на линии сброса газового конденсата из Е-110 в линию некондиции.

Контур 7 - регулирование уровня свежей воды в емкости Е-111. Клапан поз. 7-5 типа «НЗ» установлен на линии подачи речной осветленной воды в Е-111.

Контур 8,9,10 - регулирование перепада давления между электродегидраторами Э-1, Э-2 и отстойником Е-110. Клапан поз. 8-9 типа «НЗ» установлен на линии сброса отстоявшейся воды из Е-110 к Т-110.

Контролируемые параметры

Контур 11 - температура газового конденсата в электродегидраторе Э-1;

Контур 12 - температура газового конденсата в электродегидраторе Э-2;

Контур 13 - температура рециркулируемой воды на выходе из Т-110;

Контур 14 - температура газового конденсата на входе в блок ЭЛОУ;

Контур 15 - температура углеводородов в аварийной емкости Е-112;

Контур 16 - температура верхнего подшипника насоса Н-115;

Контур 17 - давление нагнетания насоса Н-111/1;

Контур 18 - давление нагнетания насоса Н-111/2;

Контур 19 - давление нагнетания насоса Н-112/1;

Контур 20 - давление нагнетания насоса Н-112/2;

Контур 21 - давление нагнетания насоса Н-113/1;

Контур 22 - давление нагнетания насоса Н-113/2;

Контур 23 - перепад давления на смесителе СМ-1;

Контур 24 - перепад давления на смесителе СМ-2;

Контур 25 - уровень газового конденсата в аварийной емкости Е-112;

Контур 26 - расход засоленной воды на ЛОС;

Контур 27- расход рециркулируемой воды на смешение к смесителю СМ-1;

Контур 28 - расход речной осветленной воды в емкость свежей воды Е-111.

Исходя из политики «о неразглашении коммерческой тайны» рабочие и предельные параметры технологического процесса ЭЛОУ не могут быть оглашены в данной дипломной работе.

3. РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ, РЕГУЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

3.1 Выбор и описание структурной схемы системы управления (Лист №2 ДП 220301 020 08 ГЧ)

3.1.1. Перечень функций, выполняемых системой на каждом уровне управления. Система CENTUM CS 3000 позволяет создавать структуры различной сложности. Это придает ей исключительную гибкость.

Для управления процессом переработки газового конденсата предлагается построить трех уровневую систему управления на базе системы управления CENTUM CS 3000:

3.1.1.1. Уровень датчиков, первичных и нормирующих преобразователей. Связь между датчиком и контроллером осуществляется токовым сигналом. Отличительной особенностью выбора нормированного токового сигнала 4-20 мА является то, что данный диапазон позволяет диагностировать сбой в работе датчика. Отсутствие сигнала в цепи - 0мА предупреждает о разрыве в цепи, либо о полном выходе из строя датчика; настроенный соответствующим образом датчик, создавая сигнал 1-3 мА, либо более 20 мА, сигнализирует о внутренней неисправности датчика.

На этом уровне реализуются следующие функции:

непрерывное измерение технологических параметров;

первичная обработка информации (линеаризация выходных сигналов датчиков и их масштабирование, фильтрация выходных сигналов датчиков от высокочастотных помех, искажающих полезный сигнал, проверка исходной информации на достоверность и коррекция результатов измерений, коррекция показаний датчиков при отклонении условий измерений от расчетных;

передача полученной информации о состоянии технологического объекта на следующий уровень, как в цифровом, так и в аналоговом виде.

3.1.1.2. Уровень контроллера. Интеллектуальным центром системы управления является станция управления участком. Станция управления участком - устройство, осуществляющее прием и обработку сигналов, расчет и выдачу управляющих сигналов, обмен данными с верхним уровнем.

Функции системы, выполняемые на этом уровне:

1. сбор информации с нижнего уровня;

2. обнаружение отклонений текущих значений параметров за пределы допускаемых значений, сигнализация и регистрация при их наличии;

3. расчет оптимальных значений технологических параметров;

4. расчет не измеряемых величин и обобщенных показаний;

5. реализация сложных законов управления и осуществление оптимального управления процессом по критериям управления;

6. формирование управляющих воздействий по типовым законам регулирования, с целью стабилизации параметров;

7. контроль за регламентом ведения технологического процесса;

8. обмен информацией со станциями оператора;

9. прием управляющих воздействий от станции оператора и выдача их на исполнительные механизмы;

10. обмен информацией с другими станциями управления участком;

11. непрерывный самоконтроль в процессе работы и подробная самодиагностика при обнаружении неисправностей;

12. ведение информационной базы данных;

Станция управления участком, включает в себя блок управления, и узлы ввода/вывода сигналов.

3.1.1.3. Уровень ЭВМ. Станция оператора позволяет:

- осуществлять сбор и хранение информации от станции управления участком;

- оператору контролировать технологический процесс, графически изображенный на экране в реальном масштабе времени в удобном для него виде;

- получать и оценивать аварийную информацию, поступающую с процесса;

- просматривать в виде исторических трендов информацию о работе процесса в интересующий период времени;

- осуществлять дистанционное управление исполнительными механизмами;

- оператору обмениваться информацией по компьютерной сети с другими станциями оператора, станциями управления участком и верхним уровнем управления;

- производить расчет технико-экономических показателей.

Станция оператора производит обработку принятых данных, их отображение; визуализацию таблиц, мнемосхем и графиков (трендов); выдачу тревожных сообщений; регистрацию данных, деятельности, аварийных ситуаций; накопление данных на внешнем носителе; создание и распечатку отчетов; осуществляет защиту от несанкционированного доступа; другие дополнительные функции.

Станция оператора может осуществлять информационный обмен по сети с ЭВМ более высокого уровня (например, с ЭВМ администратора).

В комплект станции оператора могут входить печатающее устройство (принтер), сенсорные экраны, соединяющие, источники бесперебойного питания, манипуляторы, звуковые устройства, различные накопители информации и прочее.

Связь со станциями управления участком и с ЭВМ более высокого уровня осуществляется с помощью интерфейсов и сетевых устройств.

Для основных работ по программированию и конфигурированию предлагаемой системы используется ES на базе PC-WS370 DT. Данная ES обладает следующими техническими данными:

тип: рабочая станция WS370 DT;

процессор IV 3200 ГГц;

оперативная память - 512 Мбайт;

монитор 19 LCD c разрешающей способностью 1624 1200;

2EIDE 80 Гбайт; 7200 RPM HDD (зеркальный массив);

DVD ROM;

USB2 - 4 порта;

поддержка русифицированной версии;

плата связи RS232C;

клавиатура, мышь, либо манипулятор типа

3.1.1.4. Шина дистанционного ввода/вывода (RIO) представляет собой шину связи. Она подключается к FCU с помощью блоков узловых интерфейсов. Для передачи на короткие расстояния используется витая пара. Повторители или оптические повторители используются при передаче на дальние расстояния (до 20 км.). Шина RIO может иметь двойное резервирование.

3.1.1.5. Модули аналогового В/В устанавливаются в гнездо для модулей аналогового В/В модель AMN11. В одно гнездо может устанавливаться до 16 модулей В/В. Сигнальные кабели подсоединяются к клеммам гнезда аналогового В/В с помощью винтов М4. Для каждого канала В/В подключаются два сигнальных кабеля или три сигнальных кабеля (для термометров сопротивления RTD).

Модули дискретного В/В клеммного типа. В одном гнезде для модулей В/В клеммного типа, модель AMN31 можно устанавливать до двух модулей дискретного В/В клеммного типа. Сигнальные кабели подсоединяются к клеммам модулей с помощью винтов М4. К каждому каналу В/В подключается один или два сигнальных кабеля. Нумерация клемм В/В: %Znnuscc, где nn : номер гнезда (1 to 8), u: номер устройства (1 to 5), s: номер слота (1 to 4), cc: номер канала (1 to 32).

3.1.1.7. Сеть Ethernet является информационной локальной сетью, которая соединяет одну HIS с другими HIS в системе. HIS использует сеть для того, чтобы осуществить следующие функции:

- вывод с других HIS на экран дисплея данных регистрации трендов;

- графическое изображение на экране дисплея данных с других HIS;

- использование принтера или устройства получения цветной копии экрана, соединенных с другими HIS;

- передача технических данных, полученных на локальной HIS, в другую HIS;

- выравнивание базы данных между различными HIS.

3.1.1.8. Сеть FDDI - волоконно-оптический распределенный интерфейс данных, который сочетает функциональные возможности сетей V и Ethernet. Это и информационная локальная сеть, и управляющая сеть в реальном масштабе времени. FDDI используют детерминированную архитектуру с эстафетным доступом. Скорость передачи данных составляет 100 Мбит\сек. Кроме того, FDDI дает возможность передачи аудио- и видеосигналов. В основном, FDDI используется для передачи данных между станциями типа FCS, HIS-ES и диспетчерскими компьютерами.

3.1.1.9. Система обеспечения безопасности ProSafe-PLC состоит из набора сменных модулей, к которым относятся модули управления защищенные от сбоев, а также защищенные модули ввода/вывода. В архитектуре ProSafe-PLC эти устройства системы обеспечения безопасности селективно и гибко взаимодействуют.

3.2 Техническое обеспечение. Спецификация на комплекс технических средств (КТС)

3.2.1 Обоснование выбора технических средств автоматизации

Задача выбора программно-технического комплекса как таковая не стоит, т.к. из описания существующего программно-технического комплекса видно что на данный момент завод переработки газового конденсата оснащен, можно сказать, в соответствии с мировыми стандартами. Новое оборудование используемое на данном производстве не требует замены.

А вот запланированная установка электрообессоливания и обезвоживания требует комплектации ее средствами КИП и СА.

3.2.2 Выбор технических средств автоматизации

При выборе технических средств автоматизации для болока обессоливания и обезвоживания углеводоров небходимо учитвыать то что приборы и исполнительные механизмы должны быть очень точными и соответствовать нормам регламента. Выбирая технический комплекс автоматизации данного блока производства кроме точности и высокой надежности я руководствовался так же тем что на самом производстве используются приборы да и сама распределенная система автоматизации фирмы «Yokogawa», поэтому свое предпочтение изначально я отдал этой фирме, к тому же надежность этих датчиков и достоверность информации идущей с них была проверена в ходе эксплуатации основной установки. Для измерения расхода и давления я предлагаю применить технические средства фирмы «Yokogawa», серии EJX, которые в отличие от серии EJA обладают более высоким классом точности, также обладают меньшими габаритами, что является удобством при монтаже самого прибора. Устанавливается прибор по месту отбора импульса, поступает на контроллер, который производит обработку сигнала (линеаризацию, фильтрацию, проверку достоверности информации, коррекцию показания датчиков) и выдает управляющее воздействие на клапан.

Датчики серии DPharp EJX - новейшая серия интеллектуальных датчиков сверхвысокой технологии, использующих в качестве детектора кремниевый резонатор. Приборы относятся к интеллектуальной серии, поддерживающей двусторонний обмен информацией по HART- протоколу. Благодаря этому пользователь имеет возможность сам сконфигурировать основные параметры измерения давления и настроить выходной сигнал.

Встроенные функции самодиагностики позволяют непрерывно отслеживать исправность прибора и нахождение процесса в допустимых пределах.

Датчики серии EJX внесены в Госреестр и имеются все Российские сертификаты, разрешающие их применение в Российской Федерации.

На основе технологической схемы установки выбираем следующие типы датчиков и нормирующих преобразователей для измерения параметров процесса.

3.2.2.1. Датчик дифференциального давления модели EJX110A - базовая модель семейства датчиков высокой технологии DPharp EJX, предназначается для измерения перепада давления, уровня и плотности гидростатическим методом. Конструктивное исполнение: стандартное (1Р67), искробезопасное (EExiallCT4), взрывонепроницаемое (ЕЕхсIIIСТ Т5, Т6). Внесен в Госреестр 14495-95. Межповерочный интервал: 2 года.

3.2.2.2. Датчик избыточного давления модели EJX530A предназначается для измерения избыточного давления различных сред: жидкости, газа, пара. Конструктивное исполнение: взрывонепроницаемое (ExdIICT4,Т5,Т6). Внесен в Госреестр: 14495-95. Межповерочный интервал: 2 года.

3.2.2.3. Для измерения температуры я предлагаю использовать интеллектуальные датчики температуры фирмы Emerson.

Датчики температуры фирмы Emerson предназначены для измерения температуры различных жидкостей и газов, и широко используются в нефтегазовой, химической, металлургической, автомобилестроительной, авиационной и других отраслях промышленности.

Выбранный мною прибор обладает рядом больших преимуществ по отношению к используемому на основной установке датчикам температуры фирмы Элемер.

Основные технические характеристики
Точность измерений		±0.1°С, ±0.15°С
Диапазон рабочих температур, °С
	Эксплуатация	Хранение
без ЖК индикатора	От -51 до 85	От -51 до 120
с ЖК индикатором	От -20 до 85	От -45 до 85
Диапазон измеряемых температур (зависит от типа сенсора), °С		От -200 до 1 786
Наличие взрывозащиты		Да
Вход - универсальный для всех типов сенсора	Выбираются пользователем
Выход
2х проводной, аналоговый сигнал 4-20 мА.
Цифровой сигнал HART накладывается на аналоговый сигнал 4-20мА и используется коммуникатором, либо с системой управления, Foundation Fieldbus, Profibus-PA	для связи с HART-

Основные преимущества

Поддержание высокой стабильности рабочих характеристик в течение 5 лет.

Возможность согласования сенсора и датчика устраняет ошибку при замене сенсора, что позволяет повысить общую точность измерений на 75%.

Тест на обрыв сенсора.

«Горячее» резервирование сенсоров.

Сертификация на безопасность TUV по стандарту МЭК 61508.

Превосходная защита от электромагнитных и радиопомех.

Практически не требует обслуживания.

Выбранный мною прибор обладает рядом больших преимуществ по отношению к используемому на основной установке датчикам температуры фирмы Элемер.

3.2.2.4 Для измерения перепада давления на электродегидраторах предлагаю воспользоваться услугами фирмы APLISENS APC2000 PZ.

3.2.2.5 Предлагаемые мною барьеры - фирмы GM серии 1000 фирмы.

- модуль D1014 D (аналоговый вход) предназначен для приема сигнала 4-20 мА от датчиков: давления, расхода и уровня. Двухканальные повторители источника питания D1014 D обеспечивают полную гальваническую развязку цепей питания постоянного тока для 2-х проводных 4-20 мА датчиков-преобразователей (трансмиттеров), или 3, 4-х проводных 4-20 мА, 0-20 мА датчиков-преобразователей с раздельным питанием, установленных во взрывоопасной зоне, и повторяет их токовый сигнал на нагрузке в безопасной зоне. Барьеры допускают двухстороннюю передачу коммуникационных сигналов для интеллектуальных датчиков-преобразователей.

- модуль D1020 D (аналоговый выход) предназначен для передачи аналогового выхода 4-20 мА из безопасной зоны управляющей системы в опасную зону на позиционеры исполнительных механизмов. Обеспечивают гальваническую развязку и передачу токовых сигналов 4-20 мА от контроллера из безопасной зоны, на нагрузку с сопротивлением до 750 Ом, находящуюся в опасной зоне. Они имеют высокую нагрузочную способность: 15 В при токе 20 мА в сочетании с низким падением напряжения на входе (2 В). Барьеры допускают двухстороннюю передачу коммуникационных сигналов для интеллектуальных электропневматических преобразователей. В диапазоне входных сигналов 4-20 мА разомкнутая полевая цепь представляет высокое сопротивление для выходной цепи управляющего устройства.

- модуль D1031 D (дискретный вход) предназначен для приема дискретного сигнала от датчика в опасной зоне, на транзисторном выходе в безопасной зоне, а также для передачи выходного дискретного сигнала и повторения состояния сухого контакта. Двухканальный искробезопасный повторитель состояния контактных датчиков или NAMUR датчиков положения (стандарт DIN 19234). Обеспечивает гальваническую изоляцию всех трех портов (вход / выход /цепи питания).

- модуль D1042 Q (дискретный выход) четырехканальные модули цифрового выхода позволяют с помощью «сухого» контакта или логического сигнала управлять из безопасной зоны искробезопасными устройствами, находящимися в опасной зоне. Обеспечивает гальваническую изоляцию всех трех портов (вход / выход /цепи питания).

- модуль D1072 D предназначен для приема сигнала от находящихся в опасной зоне термопары, термометра сопротивления, или измерительного потенциометра или другого низковольтного источника и преобразуют его в выходной сигнал 0/4-20 мА или 0/1 -5 В или 0/2-10 В, который передается на нагрузку, находящуюся в безопасной зоне. Два искробезопасных входа для подключения милливольтовых источников, термопар, 3-х или 4-х проводных термометров сопротивления или измерительных потенциометров. Обеспечивает гальваническую изоляцию всех трех портов (вход/ выход/цепи питания) и выходной сигнал в виде тока или напряжения [2].

Спецификация на приборы и средства автоматизацииприведена в приложении 1.

3.2.2.6 Обоснование выбора РСУ и ПАЗ. Станция РСУ реализована на многофункциональных контроллерах типа CENTUM CS 3000 - многофункциональный комплекс программно-аппаратных средств, для построения распределенных систем управления. Основными задачами, решаемыми системой управления являются:

- безопасное ведение технологических процессов;

- реализация решений задач оптимального управления;

- обеспечение устойчивости процессов регулирования;

- управление периодическими процессами;

- взаимодействие с подсистемами верхнего и нижнего уровня;

- сбор и накопление данных.

Неоспоримое достоинство системы CENTUM состоит в больших возможностях по резервированию системы и расширенных средствах самодиагностики всех компонентов:

- гибкая система резервирования, позволяющая резервировать: элементы центрального процессора, системные интерфейсы, системные магистрали передачи данных, модули ввода/вывода, коммуникационные модули ввода/вывода, модули Foundation Fieldbus;

- гибкая конфигурация каждого рабочего места оператора с возможностью независимого накопления исторической информации;

- высокая плотность модулей ввода/вывода;

- высокая скорость передачи данных по внутренней шине;

- большой объем оперативной памяти контроллеров;

- связь с подсистемами нижнего и верхнего уровней: передача информации в общезаводскую сеть с использованием протокола ОРС, связь с подсистемами нижнего уровня (ПЛК, SCADA);

- функция виртуального тестирования, позволяющая выполнять отладку программного обеспечения: без подключения контроллеров, с подключением контроллеров.

Для осуществления функций ПАЗ, благодоря недавней сертификации, используется так же система CENTUM 3000 на специальных ПАЗ-овских контроллерах.

Повышенная надежность системы достигается за счет резервирования управляющих процессорных модулей. Для систем ПАЗ резервирование распространено и на модули ввода/вывода системы, так как готовность этих систем к выполнению функций управления и защиты являются особо важными показателями для взрывопожароопасных нефтехимических производств.

3.2.3. Описание РСУ, ПАЗ CENTUM CS 3000. Систему РСУ и ПАЗ ставить другую бессмысленно, поэтому мы нарастим имеющуюся CENTUM CS3000, описание которой дано в пункте 2.2

3.3 Разработка и описание функциональной схемы автоматизации ТОУ (Лист №1 ДП 220301 020 08 ГЧ)

Глобальной технологической целью объекта автоматизации является получение целевого продукта заданого качества. Для достижения глобальной цели необходимо выполнить следующую локальную цель - поддерживать технологический режим колонн поз. К-1 и К-3 согласно регламенту.

Показателем эффективности является минимальное содержание пропан-пропиленовой фракции в кубе колонны К-1, так же минимальное содержание легких фракций в кубе К-3. Необходимо, чтобы их концентрация в дистилляте была максимальной, а в кубовом продукте минимальной. Для определения зависимости показателя эффективности от возмущающих воздействий проведем анализ объекта регулирования.

Ректификационная колонна является объектом управления с большим запаздыванием, что обусловлено большим числом тарелок и большой высотой ректификационной колонны, поэтому возмущающие воздействия успевают существенно изменить режим всей колонны прежде, чем изменится состав целевого продукта и начнется их компенсация. Поэтому для поддержания показателя эффективности на заданном значении применяется метод косвенного регулирования параметров, оказывающих наибольшее возмущающее воздействие.

Для определения возмущающих воздействий, которые влияют на показатель эффективности, записывается уравнение материального баланса :

GF * xF = GД * xД+GW * xW (1)

где: GF - расход питания

GД - расход дистиллята

GW - расход кубовой жидкости

xF, хД, хW - концентрация пропилена в питании, дистилляте и кубовой жидкости.

Из уравнения видно, что возмущающее воздействие оказывается при изменении параметров питания колонны: температуры, состава, расхода.

Для поддержания показателей технологического режима, колонны поз. К-1, К-3 снабжены автоматическими регуляторами давления, уровня, расхода и температуры.