Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра кибернетических систем

Направление 220400.62 «Управление в технических системах»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Моделирование систем управления

Тема:

Моделирование локальной системы автоматического регулирования. Объект управления - осевой насос

Тюмень 2014



ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Студенту группы: Иванову А.Б.

Тема курсовой работы утверждена приказом по институту

2. Срок сдачи студентом законченного проекта

3. Исходные данные к проекту:

Федеральный государственный образовательный стандарт - ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов.

Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах;

ГОСТ 21.408-93 СПДС. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов;

ГОСТ 34.602-89, ГОСТ 19.201-78. Техническое задание на создание автоматизированной системы;

РД 50-34.698-90, ГОСТ 19.404-79. Пояснительная записка;

РД 50-34.698-90. Схема функциональной структуры системы;

РД 50-34.698-90. Общее описание системы;

РД 50-34.698-90. Описание автоматизируемых функций;

РД 50-34.698-90. Описание информационного обеспечения системы;

РД 50-34.698-90. Описание организации информационной базы;

РД 50-34.698-90. Перечень входных сигналов и данных;

РД 50-34.698-90. Перечень выходных сигналов и документов;

РД 50-34.698-90. Описание программного обеспечения;

ГОСТ 19.301-79. Программа и методика испытаний.

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):

Системный анализ объекта управления

Описание технологического процесса

Описание технологического процесса;

Описание характеристик средств измерения, сигнализации, управления;

Расчет оптимальных настроек регулятора;

Расчет надежности системы.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей):

Схема многоуровневой системы управления

Схема автоматизации

Функциональная схема локальной системы автоматического регулирования

Структурная схема локальной системы автоматического регулирования

Дата выдачи задания

Руководитель Ковалёв П.И.

Задание принял к исполнению



АННОТАЦИЯ

Курсовая работа содержит 28 страниц машинописного текста, 4 таблицы, 6 рисунков, список использованных источников, включающий 9 наименований, 4 приложения.

Проектирование автоматизированная система управления, локальная система автоматического регулирования, система водоснабжения, основной насосный агрегат, насос осевой, сигнал, датчик, контроллер, регулирование, управление

Сформулированы требования, предъявляемые к локальной системе регулирования датчиком давления системы водоснабжения. Разработаны её концептуальная, графическая, функциональная, структурная, математическая модели, выполнена оценка её качества.



ОГЛАВЛЕНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Описание объекта управления
• 1.1 Характеристика организации, эксплуатирующей объект управления
• 2. Требования, предъявляемые к локальной системе автоматического регулирования
• 2.1 Общие сведения
• 2.2 Требования к функциям ЛСАР
• 2.3 Требования к структуре ЛСАР
• 2.4 Требования к способам и средствам связи для информационного обмена между компонентами системы
• 2.5 Требования к способам и средствам связи для информационного обмена со смежными системами
• 2.6 Требования к показателям назначения
• 2.7 Требования к метрологическому обеспечению
• 2.8 Требования к контурам регулирования
• 2.9 Требования к надёжности ЛСАР
• 3. Описание автоматизируемых функций
• 4.функциональная и структурная схемы ЛСАР
• 5. Схема автоматизации
• 6. Выбор датчика
• 7. Выбор исполнительного механизма
• 8. Выбор средств связи
• 9. Выбор контроллера
• 10. Выбор модулей ввода-вывода
• 11. Блок-схема функционирования лсар в различных режимах
• 12. Оценка качества регулирования
• 13. Выбор программного обеспечения
• 14. Выбор среды разработки программного обеспечения
• 15. Проектирование программного обеспечения ЛСАР
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б
• ПРИЛОЖЕНИЕ В


ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа содержит описания концептуальной, графической, функциональной, структурной, математической моделей локальной системы регулирования давления в основном трубопроводе хозпитьевой насосной станции и предъявляемых к ней требований.

Насосная станция хозпитьевого водоснабжения (ХПНС) предназначена для обеспечения потребностей Судостроительного завода в питьевой воде. Здание насосной станции относится ко второму классу по огнестойкости и к категории "Д" по пожарной опасности. Источником водоснабжения промплощадки является кольцо городского водовода Д = 520 мм.

Для обеспечения запаса воды служат два железобетонных резервуара чистой воды (РЧВ-1, РЧВ-2) объёмом по 2000 м³, размерами в плане 28,5х17,6 м. Максимальный уровень воды в резервуарах 4,8 м, при достижении уровня 4,85 м - 100%. начнется перелив воды из резервуаров в промливнёвую канализацию. Общая обвязка РЧВ и ХПНС приведена на схеме "РЧВ и ХПНС принципиальная схема обвязки". Автоматизация поддержания абсолютного давления в общей системе обеспечивается семью насосами осевого типа НОВ 50-15(Насос осевой вертикальный), регулировка осуществляется с помощью шкафа управления плавного пуска по частотному регулированию. Частотно-регулируемый привод (частотно-управляемый привод, ЧУП, Variable Frequency Drive, VFD) -- система управления частотой вращения ротора асинхронного (или синхронного) электродвигателя. Состоит из электродвигателя и частотного преобразователя. ЧРП-12 содержит в себе ПИД-регулятор и может подключаться напрямую к датчику регулируемой величины (давление воды на выходе основного трубопровода). Для осуществления саморегулирования и выравнивания перепада давления на всосе из общегородской сети и на выходе с ведущего насоса, в систему внесен датчик давления МЕТРАН55 Ди, с токовым выходом 4-20 мА, подключаемый к аналоговому выходу ЧРП-12.

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Характеристика организации, эксплуатирующей объект управления

Тюменский судостроительный завод (входит в группу «Интегра») является старейшим предприятием Тюмени. Завод основан в 1928 году. К концу первой пятилетки (1929-1932 годы) тюменская верфь спустила на воду 15 пароходов, 37 лихтеров и барж. С 1947 по 1992 годы завод построил более двух тысяч судов. Это пассажирские теплоходы, сухогрузы и буксиры, рефрижераторы, автомобильные паромы. За создание плавучей электростанции «Северное сияние» коллектив завода награждён Государственной премией СССР. Сейчас завод находится в состоянии консервации осуществленном прошлым владельцем. Хотя еще недавно ГК "Интегра" рапортовла об успехах и планах на перспективу. На заводе работало более 700 человек. С 1992 года предприятие сменило форму собственности и стало акционерным обществом. В рамках конверсии завод выпускал продукцию для топливно-энергетического комплекса: подъемные агрегаты для ремонта скважин, мобильные установки для гидродинамических исследований скважин, нефтеналивные баржи.

C середины 90-х годов завод попал в тяжелейшее финансовое положение и перестал выпускать судостроительную продукцию. Государственного заказа не было, увольнялись квалифицированные рабочие, инженеры, технологи.

В августе 2006 года, предприятие вошло в группу «Интегра». Управляющий директор Сергей Лузгин так охарактеризовал состояние завода в 2006 году: «В то время я приезжал сюда: территория была запущена, везде страшное запустение. Рабочих - всего 114 человек. Первое, что тогда сделали - расплатились с долгами по зарплате. Предприятие было перепрофилировано на выпуск тяжелых буровых установок. В течение 2006-2009 годов в восстановление завода ГК «Интегра» инвестировала около 500 млн. рублей, которые были направлены на развитие инфраструктуры предприятия.

30 августа 2011 года ГК «Интегра» объявила на своем сайте о продаже ООО «ТСЗ», в собственности которого находится имущественный комплекс бывшего Тюменского судостроительного завода. Покупателем выступило ООО «Монолит», входящее в Группу компаний «ДОМ», одну из крупнейших девелоперских компаний Тюмени. Сумма сделки составила 773 млн. рублей (26,7 млн. долл. США). Девелопер приступил к оценке имеющихся активов с целью возможной реализации оборудования другим предприятиям региона. Также девелопер приступил к разработке проектных решений застройки и благоустройства, соответствующих положениям градостроительного законодательства, Генерального плана городского округа Тюмень, Правил землепользования и застройки города Тюмени. Итогом всех этих мероприятий должен стать снос завода и застройка около 42,7 гектара земли многоэтажками гражданского назначения. По оценкам новых владельцев на подготовку уйдет 1-1,5 года.

1.2 Cистемный анализ объекта управления

Насосная станция хозпитьевого водоснабжения (ХПНС) предназначена для обеспечения потребностей Судостроительного завода в питьевой воде.

В качестве источника водоснабжения используется вода, прошедшая химобработки и фильтрацию в рекреационных камерах очистки.

Можно выделить следующие режимы управления для агрегатов водоснабжения:

- основной - агрегат назначается в качестве основного при работе в автоматическом режиме;

- резервный - автоматический запуск резервного насоса (АВР) взамен неисправного основного;

- ручной - режим индивидуального управления агрегатом кнопками по месту;

- кнопочный - режим кнопочного управления, подразумевающий индивидуальное управление агрегатом через клавиатуру;

- ремонт - насос выведен в ремонт.

Система водоснабжения и насосных агрегатов состоит из рабочего и резервного насосов, водопроводов, оборудованных фильтрами очистки и запорной арматуры.

Вода, естественным давление спускается из РЧВ-1,2, подгоняется первым ведущим насосом типа (НОВ 50-15), проходит в основной магистральный вопропровод.

Рабочий диапазон работы агрегатов от +15 до +60С. При превышении порога температурного диамазона либо при возникновении постороннего шума при работе агрегатов, насос должен выключаться вручную.

Рабочий диапазон теплоносителя от+5 до +50С.



2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

2.1 Общие сведения

Вначале проверяется уровень воды в Резервуаре Чистой Воды по световой сигнализации в операторной на АРМ.

При необходимости производится пополнение РЧВ.

Затем запорную арматуру магистральных насосных агрегатов приводят в рабочее состояние, т.е. открывают шаровые задвижки на подачу первичных каскадов.

Проверяют положение запорной арматуры. Вводят в работу насос №1 с АРМ операторной, переводом в положение «основной», а управление на-сосом №2 устанавливают в положение «резерв» за 20 минут до пуска магистральных насосных агрегатов.

После установления 0,5 кг/см2 и температуры теплоносителя не менее +20°С, даётся разрешение на включение основного каскада насосов.

В процессе работы контроль давления воды в трубопроводе осуществляется по световой сигнализации на АРМ в операторной. Температура воды не должна превышать +60°С и не быть ниже +5°С. При аварийном давлении в магистрали 0,5 кгс/см с выдержкой времени 2с происходит аварийное отключение ХПНС.

Остановка основного насоса производится (в случае аварии с нарушением водопровода с выходом теплоносителя) после полной остановки агрегата и отключения электродвигателей насосных агрегатов с включением аварийного режима.

Система автоматического поддержания давления хозпитьевой воды в основном трубопроводе (САРД).

Данная ЛСАР САРД предназначена для автоматического регулирования давления в основном трубопроводе.

2.2 Требования к функциям ЛСАР

САРД должна осуществлять:

1. измерение текущих значений: давление на общемагистральном трубопроводе;

2. аварийное отключение в случае превышения заданного значения;

3. первичную обработку информации о текущих значениях Р₁ и её передачу автоматизированному рабочему месту оператора по локальной информационно-вычислительной сети предприятия;

4. приём и обработку команд, поступающих с автоматизированного рабочего места по локальной информационно-вычислительной сети предприятия, до Центрального Щита Управления;

5. время задержки на отключение основных агрегатов при аварийных ситуациях - не более 0,2 сек;

6. время задержки до начала процесса регулирования при отклонении давления - не более 0,4 сек;

7. время задержки выполнения команд включить/отключить основной агрегат - не более 0,2 сек;

8. время задержки на выполнение команды «аварианое открытие слива» - не более 0,4 сек

9. автоматическое регулирование производится по динамическим величинам.

2.3 Требования к структуре ЛСАР

подсистема измерения давления основного трубопровода магистрали;

подсистема первичной обработки информации;

подсистема обмена информацией с сервером автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора;

подсистема сравнения текущего значения давления с уставкой;

подсистема, осуществляющая воздействие на объект управления;

подсистема, обеспечивающая доступ ЛСАР к локальной информационно-вычислительной сети предприятия

Место ЛСАР в иерархии уровней автоматизированной системы управления системы насосного агрегата;

В системе автоматизированного управления наносного агрегата выделяются следующие уровни:

1. нижний (нулевой уровень) представлен объектами управления;

к первому уровню относятся датчики, измеряющие текущие значения величин и параметры объектов управления, запорная и регулирующая арматура, электрические, пневматические и гидравлические исполнительными механизмами и устройствами.

второй уровень системы включает микропроцессорные устройства (контроллеры) для автоматического сбора и первичной обработки измеряемых параметров, текущих значений величин, выполнения функций автоматического регулирования, противоаварийных защит, дистанционного управления;

На третьем уровне системы располагается сервер АРМ оператора, осуществляющий обработку информации, её регистрацию, архивирование, отображение, документирование;

четвёртый уровень образован автоматизированными рабочими местами оперативно-диспетчерского персонала.

Информация о процессах, протекающих в объектах управления, поступает снизу вверх, от компонентов нижележащего уровня компонентам, расположенным на вышестоящем уровне, а команды и данные, необходимые для их выполнения, передаются сверху вниз, от компонентов вышестоящего уровня к компонентам нижележащего уровня. Автоматизированная система управления основного насосного агрегата интегрирована в системы управления ХПНС. В состав ЛСАР должны входить объекты первого и второго уровней.

2.4 Требования к способам и средствам связи для информационного обмена между компонентами системы

Одним из наиболее важных параметров протекания технологического процесса является давление в общем магистральном трубопроводе.

Прибор контроля должен непрерывно выдавать значение параметра, а не сигнализировать о его определенных значениях, обладать диапазоном измерения 0-16 МПа, точность измерения приборов, выраженная классом точности, не должна быть менее 0,01. Для данной цели возможно применение различных типов датчиков.

2.5 Требования к способам и средствам связи для информационного обмена со смежными системами

По команде, полученной с сервера АРМ оператора, контроллер направляет на сервер информацию о текущем значении давления, а также информацию о событиях. Таких как выход за уставки аналоговых сигналов, изменения состояния дискретных сигналов, возникновения ошибок и сбоев, прекращения питания, отказ источников питания и контроллера, обрыв цепи аналогового датчика и т.д.

2.6 Требования к показателям назначения

Продолжительность интервала времени между моментом изменения текущего значения давления и моментом, когда датчик зафиксирует это изменение, должно быть не больше 0,5 секунды.

Продолжительность интервала времени между моментом передачи сигнала и моментом завершения его обработки должно быть меньше 2 секунд.

ЛСАР должна обеспечивать следующие режимы функционирования объекта управления:

пуск;

нормальный режим;

нормальный (плановый) останов;

аварийный останов.

2.7 Требования к метрологическому обеспечению

Требования к погрешности каналов измерения основных технологических параметров должны соответствовать нормам РД 34.11.321-96;

Дополнительная погрешность, вносимая в информацию при ее первичной обработке в ПТК (при вводе и преобразовании в цифровую форму), должны быть не более 0,15% от шкалы для унифицированных сигналов тока и напряжения;

Погрешность задания коэффициентов, установки значений констант, уставок сигнализации должна быть не более 0,2% от диапазона изменения параметра;

Средства измерения и комплектующие ИС, должны иметь действующие поверительные клейма (свидетельства о поверке);

Метрологическая аттестация измерительных каналов, применяемых в области государственного контроля и надзора, должна осуществляться в соответствии с РД 34.11.202-95.

2.8 Требования к контурам регулирования

Готовность к регулированию должна достигаться не более чем через 2сек. после выхода основного насосного агрегата на стабильный режим работы. Расчет и отработка регулирования должны занимать не более 3 сек.



2.9 Требования к надёжности ЛСАР

Все измерительные приборы и исполнительные механизмы, установленные по месту, должны иметь взрывозащищенное исполнение;

все электрические приборы и механизмы, установленные по месту, должны иметь искробезопасные цепи питания и управления;



3. ОПИСАНИЕ АВТОМАТИЗИРУЕМЫХ ФУНКЦИЙ

Оперативный контроль работоспособности оборудования системы смазки и охлаждения осуществляется оператором ЦЩУ по показаниям на АРМ оператора.

В объем оперативного контроля входят:

давление воды до и после фильтров очистки;

давление воды в основном магистральном трубопроводе;

положение запорной арматуры,

работа насосов,

отсутствие течи по соединениям трубопроводов.

измерение текущего значения давления;

передача на сервер АРМ оператора текущего значения давления;

регулирование давления, регулирование осуществляется путём уменьшения мощности подкачки;

передача на сервер АРМ оператора сообщений о возникновении нештатных ситуаций;

1. Вода давлением городской сети поступает в РЧВ-1, откуда насосами НХП подается в станционную сеть хозпитьевого водопровода (В-1).

2. Вода из городского водопровода подается на всосы НХПВ и ими перекачивается в станционную сеть В-1, при этом давление создаваемое насосами возрастает на величину давления городской сети.

3. Вода поступает в станционную сеть из городского водопровода при отключенных насосах, давление в станционной сети при этом равно городскому.

4. Режим ремонта - режим простоя оборудования при останове, выведения из эксплуатации.

Первый и второй режимы работы используются в качестве основных. Выбор режима зависит от настроек системы ЧРП (частотно-регулируемого привода)

4. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМЫ ЛСАР

Функциональная схема

Рассмотрим функциональную схему локальной системы автоматического регулирования (рис. 1).

Рис. 1. Функциональная схема локальной системы автоматического регулирования (ЛСАР)

Обозначение переменных: - задающий сигнал, e - ошибка регулирования, - выходной сигнал регулятора, - управляющее напряжение, h - перемещение регулирующего органа, - расход вещества или энергии, F - возмущающее воздействие, Р - регулируемый параметр (например давление), - сигнал обратной связи (выходное напряжение или ток преобразователя).Характерной особенностью схемы является наличие токового преобразователя, обеспечивающего работу автоматического регулятора со стандартными значениями тока (4-20 mA).

Система, работающая по программе, фиксирует изменения возмущающего воздействия и с использованием программы вырабатывает входную величину объекта. Применяются и комбинированные системы, работающие как по отклонению от задания, так и по программе.

В ЛСАР задатчиками управляет оператор, а в АСУ ТП оператор выполняет другие функции, так как в системе находится УВМ, которая и управляет задатчиками ЛСАР. Структурная схема предоставлена в приложении В

5. СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ

Схема автоматизации для ХПНС предоставлена в приложении А

6. ВЫБОР ДАТЧИКА

Прибор должен непрерывно выдавать значение параметра, а не сигнализировать о его определенных значениях, обладать диапазоном измерения 0-16 МПа, точность измерения приборов, выраженная классом точности, не должна быть менее 0,1. Для данной цели возможно применение различных типов датчиков. В таблице № 1 приведены возможные варианты датчиков избыточного давления и преобразователей разности давления.

Таблица 1

Техническая характеристики датчика

Параметр	Метран - 55 Ди
Тип выходного сигнала	0-5, 4-20, 0-20 мА
Диапазон измерения, МПа	0 - 16
Предел допускаемой основной погрешности, %	0,075
Межповерочный интервал	4 года
Гарантия	3 года

Датчики давления «Метран-55» Датчики давления Метран-55 (в дальнейшем датчики), предназначены для непрерывного преобразования измеряемой величины - давления жидкости, газа (в т.ч. газообразного кислорода и кислородосодержащих газовых смесей) и пара - избыточного, абсолютного, а также измерения уровня жидкостей - в унифицированный токовый или вольтовой выходной сигнал. Датчики предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.

Управление параметрами датчика:

Кнопочное со встроенной панели;

С помощью HART - коммуникатора или компьютера;

С помощью программы ICP-Master и компьютера или программных средств АСУ ТП.

локальный система насосный датчик контроллер



7. ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА

Исполнительный механизм состоит из частотного регулируемого привода, для обеспечения плавного пуска с измеряемыми динамическими величинами с возможностью переключения в ручной режим управления далее ЧРП, и основного органа - каскадом насосов на асинхронных двигателях. Переключение и введение в различные режимы управления насосами происходит при помощи регулирования ЧРП по частотному управлению. Основное напряжение на пускатели ПМ-12 - 24В.

Краткие технические характеристики:

· мощность: 1Ф~220 В - 0,25…2,2 кВт; 3Ф~380 В - 0,25…2,2 кВт

· перегрузочная способность до 150% (1 мин)

· выходная частота 0…400 Гц

· встроенный ПИД регулятор

· встроенный ЭМС фильтр класса С2

· встроенный тормозной прерыватель

· входы: 5 цифровых многофункциональных, 1 аналоговый

· выходы: 1 цифровой с открытым коллектором, 1 релейный, 1 аналоговый

· все входы/выходы свободно программируемые

· интерфейс RS-485 в стандартной комплектации с возможностью дистанционного управления и мониторинга

· охлаждение: 1Ф~220 В - 0,2...0,75 кВт - естественное; 1Ф~220 В - 1,5...2,2 кВт и 3Ф~380 В - принудительное, с вентилятором;

· более 10 функций защиты электродвигателя

Питание основных насосов происходит трехфазным напряжением 380\220В, переменного тока приводимым в ход через электромагнитный пускатель ПМ-12 с изменением омического выхода. Исполнения механизмов - с релейным выходом сигнализации положения, для преобразования в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА механизмы комплектуются блоком усилителя БП-63.Выходной сигнал контроллера проходит через контакты переключателя управления «автоматический - дистанционный» и контакты кнопок ручного управления исполнительным механизмом блока ручного управления БРУ. При этом блоком БРУ производится индикация направления срабатывания ПИ-регулятора, а также показание положения исполнительного механизма (регулирующего органа) с помощью встроенного стрелочного указателя положения.

Пройдя через контакты переключателя управления и кнопок, сигнал от контроллера поступает на входы управления пускателя бесконтактного реверсивного ПБР-3А, предназначенного для преобразования выходного сигнала 24В контроллера в импульсный сигнал амплитудой 380В, необходимый для управления двигателем МОЭ.



8. ВЫБОР СРЕДСТВ СВЯЗИ

Сигнал с электронного преобразователя датчика давления Метран 55 Ди подключается к блоку питания, осуществляющему питание датчика постоянным напряжением 24В и искрозащиту сигнальных цепей датчика. Токовый сигнал стандарта 4-20 мА от датчика проходит через блок питания и по двум проводам поступает на клеммы модуля ввода аналоговых сигналов 1746-NI8.

Контроллер сравнивает текущее значение давления с уставкой. На основании значения рассогласования по ПИ-алгоритму контроллер вырабатывает необходимое регулирующее воздействие. И передает по шине данных регулируемый параметр с установленной амплитудой динамических значений.



9. ВЫБОР КОНТРОЛЛЕРА

Программируемый контроллер Wago 750-873 -- широко используются во всем мире. Популярное решение для расширяемых приложений автоматизации. Экономичные и легкие в использовании процессоры с большими возможностями. Исключительная надежность, подтвержденная в сотнях тысяч приложений Расширенная система команд, включающая косвенную адресацию, широкие математические возможности и вычисление выражений.

Рисунок 2. Технические характеристики контроллера Wago 750-873

Модульная конструкция ввода-вывода, памяти и интерфейсов связи обеспечивает перестройку и расширение контроллера. При конфигурации контроллера Вы определяете необходимое количество входов-выходов, требуемый объём памяти и тип сети связи. Впоследствии при необходимости расширения возможностей контроллера можно добавить в него Вх/Вых, память или интерфейсы связи. Быстрый обмен сообщениями по сети, связь с другими сетями, а также связь между модулями в шасси.

Аппаратура контроллера разработана для эксплуатации в тяжёлых промышленных условиях, для противостояния вибрациям, повышенной температуре и электромагнитным помехам.

Компактная конструкция контроллера позволяет устанавливать его в ограниченном пространстве.

Удалённый доступ к контроллеру возможен посредством соединения с ним по сетям Ethernet, ControlNet, DeviceNet, DH+, DH-485.



10. ВЫБОР МОДУЛЕЙ ВВОДА-ВЫВОДА

Таблица 2

Технические характеристики модуля ADAM-4017

Технические характеристики модуля ADAM-4017
Назначение модуля	8-канальный модуль аналогового ввода
Интерфейс
Тип	RS-485, двухпроводный
Скорость обмена	1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 Бит/с
Длина линии передачи данных	до 1,2 км
Протокол обмена	ASCII (ADAM-4000)
Аналоговый ввод
Общее количество каналов аналогового ввода	8
В том числе дифференциальных	6
Диапазоны входного сигнала по напряжению	-0.15...+0.15, -0.5...+0.5, -1...+1, -5...+5, -10...+10В
Диапазоны входного сигнала по току	-20...+20 мА
АЦП	Сигма-дельта 24 бит 10 Выборок/сек
Датчик температуры холодного спая	Встроенный
Погрешность	0.1 %
Коэффициент подавления помехи общего вида	86 дБ
Коэффициент подавления помехи нормального вида	100 дБ
Температурный дрейф нуля	0.5 мкВ/°C
Питание модуля ADAM-4017
Напряжение питания	10...30В постоянного тока, нестабилизированное
Потребление	1.3 Вт
Условия эксплуатации и хранения
Температура эксплуатации	-25...+75 °С
Влажность	5...95 %
Габариты
Габариты корпуса	122 х 75 х 25 мм
Исполнение модуля ADAM-4017	Крепление на DIN рейку, монтаж на стену



11. БЛОК-СХЕМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛСАР В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ

Рисунок 3. Блок-Схема Алгоритмов работы



12. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ

Проверка настроек на оптимальность проводится путем расчета показателей.

Для определения прямых показателей качества строится переходная характеристика замкнутой системы найденными настройками регуляторов.

Передаточная функция замкнутой системы определяется по формуле:

.

С помощью программы MatLab строится график переходной характеристики замкнутой системы с найденными параметрами. График представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Оценка качества регулирования

По графику переходной характеристики САР находятся прямые показатели качества регулирования.

Перерегулирование - это максимальное отклонение регулируемой величины от установившегося значения, выраженное в процентах.

Время регулирования - минимальное время по истечению, которого регулируемая величина будет оставаться близкой к установившемуся значению с погрешностью ±5%.

Найденные показатели качества: перерегулирование =2%, время регулирования t_рег =4с.

Сравнив полученные показатели качества с заданными, можно сделать вывод, что значение перерегулирования не превышает заданного значения =2%, время регулирования также соответствует заданному t_рег = 4с.

Так как показатели качества процесса регулирования удовлетворяют заданным пределам, найденные параметры Кр и Ти можно считать оптимальными.



13. ВЫБОР ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Для реализации идеи распределенного управления необходимо создание для каждого уровня управления и каждой предметной области автоматизированных рабочих мест (АРМ) на базе персональных ЭВМ.

Персональный компьютер на диспетчерском пункте должен быть защищен от воздействия вредных веществ, перепада температур, пыли и влажности. Для подключения в сеть ПК оператора встроена плата связи 1784-KTX, физическая среда передачи данных - экранированная витая пара. Для печати сводок, отчетов и другой документации, в операторской имеется принтер. Оператор должен видеть отображение технологического процесса при помощи мнемосхем, показываемых на экране.

Пакет должен представлять собой программный пакет операторского интерфейса для представления оператору данных о состоянии технологического процесса в виде мнемосхем, численных значений, временных графиков, аварийных сигнализаций и так далее.

Програмное обеспечение должно использрвть прямое соединение с драйверами в RSLinx и WINtelligent LINXв.



14. ВЫБОР СРЕДЫ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

TRACE MODE -- инструментальный программный комплекс класса SCADA HMI, разработан компанией AdAstra Research Group, Москва в 1992 году. Предназначен для разработки программного обеспечения АСУТП, систем телемеханики, автоматизации зданий, систем учёта электроэнергии (АСКУЭ, АИИС КУЭ), воды, газа, тепла, а также для обеспечения их функционирования в реальном времени. Начиная с версии 4.20 (1995) TRACE MODE обладает функциями программирования промышленных контроллеров. TRACE MODE состоит из инструментальной системы и из набора исполнительных модулей (рантаймов). В Инструментальной системе создается набор файлов, который называется «проектом TRACE MODE». С помощью исполнительных модулей TRACE MODE проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени на рабочем месте диспетчера или оператора.

Особенностью TRACE MODE является «технология единой линии программирования», то есть возможность разработки всех модулей АСУ при помощи одного инструмента. Технология единой линии программирования позволяет в рамках одного проекта создавать средства человеко-машинного интерфейса, системы учёта ресурсов, программировать промышленные контроллеры и разрабатывать web-интерфейс. Для этого в инструментальную систему TRACE MODE встроены специализированные редакторы. Среди них:

· Редактор графических мнемосхем;

· Редактор экранных панелей;

· Редактор программ на визуальном языке FBD (стандарт МЭК 6-1131/3);

· Редактор программ на визуальном языке SFC (стандарт МЭК 6-1131/3);

· Редактор программ на визуальном языке LD (стандарт МЭК 6-1131/3);

· Редактор программ на процедурном языке ST (стандарт МЭК 6-1131/3);

· Редактор программ на процедурном языке IL (стандарт МЭК 6-1131/3);

· Редактор шаблонов документов;

· Построитель связей с СУБД;

· Редактор паспортов оборудования (EAM);

· Редактор персонала (HRM);

· Редактор материальных ресурсов (MES);

15. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛСАР

Для связи контроллера с верхним уровнем АСУ ТП используется промышленная локальная сеть DH-485. Сеть DH-485 служит для передачи информации между устройствами на предприятии. Сеть контролирует параметры процесса, параметры устройства, состояние устройства, состояние процесса и прикладных программ для поддержки сбора данных, текущего контроля данных, загрузки/выгрузки программ и супервизорного контроля.

Сеть DH-485 предлагает:

· объединение в сеть до 32 устройств: контроллеров, персональных компьютеров, панелей оператора, программаторов;

· возможность нескольких мастеров;

· максимальная длина сети 1219 м;

· управление доступом с передачей маркера;

· возможность добавлять или удалять узлы без прерывания сети;

· максимальная скорость передачи данных 19200 Бод.

Протокол DH-485 поддерживает два класса устройств инициаторы и ответчики. Все инициаторы в сети получают возможность инициализировать передачи сообщения. Чтобы определить, какой инициатор имеет право передавать, используется алгоритм эстафетной передачи.

Узел, удерживающий маркер, может посылать любой допустимый пакет в сеть. Каждому узлу позволяется только одна передача (плюс два повтора) каждый раз, когда он получает маркер. После того как узел посылает один пакет сообщения, он пытается передать маркер преемнику, посылая ему пакет ''передачи маркера''.

Если активности сети не происходит, инициатор снова посылает пакет "передачи маркера". После двух повторов (всего три попытки), инициатор пытается найти нового преемника. Допустимый диапазон адреса узла инициатора - от 0 до 31. Допустимый интервал адресов для всех ответчиков - от 1 до 31. В сети должен иметься, по крайней мере, один инициатор.

Для установки сети используется кабель Belden #9842 и разветвители. Кабель имеет оболочку и экранирован, с двумя скрученными парами провода и проводом экрана. Одна пара обеспечивает сбалансированную сигнальную линию, а один провод другой пары используется как общая опорная линия между всеми узлами сети. Экран уменьшает воздействие электростатического шума от промышленной среды на сетевую связь. Разветвитель сети обеспечивает подключение для каждого узла. Изолированный разветвитель сети электрически изолирует интерфейс связи DH-485 от процессора и периферийных подключений. Электрооптическая изоляция обеспечивается до 1500 V.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана система автоматического управления и регулировки системой Насосной станции хозпитьевого водоснабжения.

Дана характеристика технологического оборудования и описание технологического процесса.

Для эффективного управления технологическим процессом использован современный программируемый логический контроллера 750-873 фирмы Wago. Выбрана модель контроллера, который производит обработку входных сигналов и формирование управляющих воздействий и его модулей.

Применение данного контроллера позволило выполнять следующие функции: сбор и обработку аналоговых и цифровых сигналов датчиков, сигнализацию, выдачу управляющих воздействий на различные механизмы, автоматическое регулирование, обмен информацией с верхним уровнем управления. Использованы современные преобразователи и датчики нижнего уровня отечественного производства, отвечающие требованиям автоматизации, приведена схема их соединения. Программирование контроллера выполнено на языке лестничной логики Ladder Logic.

Был произведён расчет системы автоматического регулирования давления в основном магистральном трубопроводе. Полученные данные соответствуют качественной работе системы.

Разработанная система позволит обеспечить более надежное и качественное управление технологическим процессом основного насосного агрегата, решать задачи по автоматизации и оптимизации ведения технологического режима, увеличить экологическую безопасность и защиту труда за счет мониторинга технологического процесса и, как следствие, раннего предупреждения и локализации возможных аварий.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технологический регламент ЛПДС «Исетское» нефтепровода Усть - Балык - Курган - Уфа - Альметьевск. 2012 г.

Зубарев В.Г. Магистральные газонефтепроводы: Учебное пособие.- Тюмень: ТюмГНГУ,2008.-80 с.

2. Нормативная и оперативная документация по техническим средствам АСУТП НПС ЛПДС «Исетское».2008 г.

ГОСТ 26.011-80. Средства измерений и автоматизации. Постановление Госстандарта СССР от 05.06.1980 №2582; ГОСТ от 05.06.1980 №26.011-80.

3. Приборы и средства автоматизации. Каталог. Т.2. Приборы для измерения давления, перепада давления и разряжения. - М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2010. 168 с.

4. Техническое описание. Прибор контроля вибраций АРГУС-М. ООО “Пермь ”,2012 г.

5. Радкевич В.П. АСУ для промышленных предприятий. Промышленные АСУ и контроллеры. 2012 г.

6. Андреев Е.Б., Попадько В.Е. Технические средства систем управления технологическими процессами нефтегазовой промышленности.

7. Обзор и характеристики программной среды Trace mode,

Характеристика Wonderware InTouch HMI

8. RSView-32. Руководство пользователя.-Milwaukee: Rockwell Software Inc. 2011-532 с.

9. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. - М.: Энергоатомиздат, 2013. - 344 с.: ил.



ПРИЛОЖЕНИЕ А

Рисунок 5. Схема автоматизации

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Таблица 3

Таблица КИПиА

№ позиции	Наименование параметра	Тип прибора	Наименование прибора	Диапазон изменения параметра	Диапазон измерения прибора	Класс точности прибора	Электрическая характеристика выходного сигнала
1	Давление	Метран 55 Ди	Датчик избыточного давления взрывозащищенный ТУ 4212-044-1800448-00	0…1,6	0…1,6	0,1	4…20 мА



ПРИЛОЖЕНИЕ в

Таблица 4

Сигнальный лист

Тип сигнала	№	Наименование сигнала	Тип выходного сигнала датчика	Количество сигналов
AI	1	Давление воды в основном коллекторе (норма)	DO	1
	2	Давление воды в основном коллекторе (превышение уставки)	DO	1
	3	Давление воды в основном коллекторе (занижение уставки)	DO	1
DO	1	Давление воды (аварийное превышение уставки)	AI	1
	2	Давление воды (аварийное занижение уставки)	AI	1



ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Рисунок 6. Структурная схема

Размещено на Allbest.ru