Главная База знаний "Allbest" Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника Система управления процессом производства и расхода конденсата

Система управления процессом производства и расхода конденсата

Система управления технологическим процессом, ее нижний и верхний уровни. Характеристика объекта автоматизации, контролируемые и регулируемые параметры. Программа управления процессом на языке UltraLogic. Расчет физической среды для передачи данных.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 26.01.2015
Размер файла 412,1 K

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

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

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

  • Введение
  • 1. Характеристика объекта автоматизации
  • 1.1 Описание технологического процесса
  • 2. Описание контролируемых и регулируемых параметров
  • 2.1 Контроль и регулирование давления
  • 2.2 Контроль расхода
  • 2.3 Контроль и регулирование преобразователи температуры
  • 2.4 Контроль и регулирование уровня.
  • 2.5 Список переменных
  • 3. Программа управления процессом на языке UltraLogic
  • 4. Выбор элементов распределенной системы управления
  • 4.1 Выбор датчиков и исполнительных механизмов
  • 4.2 Выбор сетевых устройств
  • 4.3 Выбор сетевых устройств
  • 5. Расчет физической среды для передачи данных
  • Заключение
  • Библиографический список

Введение

Существующая система управления технологическим процессом имеет двухуровневую структуру. На первом уровне располагаются датчики и исполнительные механизмы, на втором - щиты и пульты управления. Управление процессом полимеризации ВХ реализовано на щитовых средствах КИПиА, технологические блокировки - на релейной логике, а сигнализация - на электронных картах HIMA.

Существующая система управления имеет следующие недостатки:

недостаточная точность и качество регулирования;

низкие значения показателей надежности и живучести.

Проектируемая распределенная система управления и контроля параметров технологического процесса включает в себя приборы и аппаратуру контроля и регулирования (датчики, регулирующие органы, исполнительные устройства), систему преобразования, сбора и передачи данных (устройства сбора данных), систему управления (микроконтроллер).

Система управления технологическим процессом разделена на нижний и верхний уровни.

Верхний уровень СУ включает станцию оператора и предназначен для отображения информации в доступном виде, архивирования данных, протоколирования, управления оператором ТП. Станция оператора построена на базе компьютера SCENIC PIII-600. В качестве системы визуализации и управления используется специализированный программный пакет.

Нижний уровень построен на модема Метрана-681. Связь модема со станцией оператора осуществляется через HART коммуникатор Метран-650.

автоматизация управление параметр

1. Характеристика объекта автоматизации

1.1 Описание технологического процесса

Конструкция и инструкции по обслуживанию

Бумагоделательная машина для производства газетной бумаги

Производительность 130 тонн/24 часа

Потребность пара максимально около 20 тонн/часа, в среднем 14-16 т/ч пара 3 атм 150° С.

Паровые группы:

I группа охватывает 2 цилиндра, цилиндры № 1и 2 (1-4)

II группа охватывает 8 цилиндров, цилиндры № 3-10 (5-10)

III группа, так называемая главная паровая труба, охватывает 36 сушильных цилиндров, цилиндры № 11-46, а также все сукносушильные цилиндры.

Вообще давления в отдельных группах, в зависимости от качества массы, будут следующими:

I группа 0,7-1,1 атм

II группа 1,1-2,2 атм

III группа 1,5-2,5 атм

Движение пара и устройства

Пар берётся из главного паропровода, расположенного между I и II бумагоделательными машинами, и подводится по 350 мм трубе к середине III паровой группы бумагоделательной машины.

Непосредственно за главным паропроводом расположена шиберная задвижка, так называемый главный вентиль. Эта задвижка снабжена ручным приводом и закрывает при надобности все паропроводы.

Следующим на входном паропроводе установлен створчатый клапан, который пневматически управляется с лицевой стороны машины.

Затем на входном паропроводе расположен автоматический, регулирующий количество пара вентиль, который поддерживает постоянство давления пара в III группе в независимости от изменений расхода. Устройство получает импульс от парового давления распределительного паропровода III группы, от последних цилиндров.

До предохранительного клапана, который действует в случае превышения давления 3 атм, входной трубопровод имеет ещё водоотделительный бак и расположенный под ним автоматический конденсационный горшок.

В цилиндры пар берётся из расположенных у машины распределительных паропроводов таким образом, что пар подаётся всегда для двух цилиндров по общей трубе, распределяясь затем при помощи тройника в оба цилиндра. До паровпускных головок цилиндров на паропроводах и конденсатопроводах каждого цилиндра имеется ещё вентиль и эластичная труба. Идущий в цилиндр паропровод имеет диаметр 70 мм, а конденсатопровод 40 мм. Закрыв вентили, расположенные как на паропроводах, так и на конденсатопроводах, единичный цилиндр может быть выключён из системы, но вообще эти вентили должны быть полностью открыты.

Конденсат III группы паровой собирается в конденсаторную трубу диаметром 250 мм, по которой он отводится, в конденсатоотделителе конденсат преобразуется при меньшем давлении снова в пар и поднимается в парораспределительную трубу диаметром 250 мм II группы. Остающийся при этом чрезмерный конденсат течёт под влиянием разницы давления в конденсаторный горшок следующей группы, конденсатоотделитель №1.

Конденсатоотделители снабжены автоматическими регуляторами уровня воды, которые действуют на выводную трубу конденсационной воды. Кроме того, конденсатоотделители имеют расположенные на лицевой стороне машины манометры, указатели уровня воды и надлежащие водоспускные трубы и вентили.

Между II и III паровой группой имеется автоматический регулятор перепада расхода, который поддерживает желаемый перепад расхода между II и III группой.

Конденсат II паровой группы собирается при посредстве сборной трубы диаметром 200 мм в конденсационный горшок №1. В конденсационном горшке часть поступающего туда конденсата преобразуется опять в пар и выходит через верхнюю часть конденсационного горшка в распределительную трубу I паровой группы. Из сборного конденсационного бака излишек конденсата откачивают при помощи насоса 350 л/мин.

В конденсатопровод I паровой группы помещают поверхностный охладитель, поверхность которого приблизительно 3 м2, для достижения достаточно малого давления в конденсатопроводе III, в связи с чем достигается подходящая температура по поверхности первых цилиндров и достаточные ступени разницы давления между паровыми группами.

Водопровод охладительной воды, идущий в конденсатор, снабжается автоматическим регулятором температуры, который регулирует вентиль 1.

Поступающий из конденсатора конденсат собирается в 0,75 м3 бак для конденсационной воды, который снабжён регулятором высоты уровня, указателем уровня и манометром так же, как и конденсатоотделительные баки.

Из бака конденсационной воды конденсат откачивают при помощи насоса 75 л/мин.

2. Описание контролируемых и регулируемых параметров

При выборе приборов и средств автоматизации руководствуются тем, чтобы они были просты в монтаже и эксплуатации. Обладали большим временем наработки до отказа, высокой точностью и быстродействием с низким энергопотреблением. Главным требованием при выборе датчиков и аппаратуры для данного курсового проекта является то, чтобы у них были стандартные аналоговые и дискретные входные. Выходные сигналы (аналоговые 4-20 мА, дискретные 10-30 В), это необходимо для того, чтобы датчики и аппаратура были универсальными и могли совмещаться с различным оборудованием, имеющим унифицированные входные выходные сигналы.

Управляющие функции сводятся к выполнению программных и логических операций управления. Предлагаемая система контроля и управления должна реализовать следующие функции: контроль за состоянием оборудования, измерение текущих значений технологических параметров, контроль отклонений значений параметров за допустимые пределы и вывод диагностических сообщений оператору, реализация обмена информацией между центральной станцией и микропроцессорным контроллером по локальной сети, формирование и вывод данных оператору за определенное время, автоматическое регулирование параметров, информационно-вычислительные функции.

2.1 Контроль и регулирование давления

В качестве датчиков давления установленных на технологическом оборудовании применены Метран-150 имеющий цифровой выход по протоколу HART.

2.2 Контроль расхода

Для измерения расхода пара и воды используется преобразователь расхода вихреакустический расходомер Метран-303ПР. Преобразователь данного типа так же имеет цифровой выход по протоколу HART.

2.3 Контроль и регулирование преобразователи температуры

В качестве датчиков температуры установленных на технологическом оборудовании применены интеллектуальные преобразователи температуры Метран-280 имеющий цифровой выход по протоколу HART.

2.4 Контроль и регулирование уровня.

Для измерения уровня в баках используется преобразователь уровня Радарные уровнемеры Rosemount 5400. Преобразователь данного типа так же имеет цифровой выход по протоколу HART

Таблица 2.1 - Параметры технологического процесса

Позиция

по схеме

Наименование

параметра

Контроль

Тип данных

Показания и регистрация

Регулирование

1

2

3

4

5

1,13,14,20

Преобразователь давления

+

+

INTEGER

10,11.

16

Преобразователь уровня

+

+

INTEGER

1,3,4

5,6,7,8,9,10,11,12

Исполнительное устройство

+

+

INTEGER

2,3,4,5,6,7,8,9,12,15,21,22

Преобразователи расхода

+

+

INTEGER

17,18

Преобразователи температуры

+

+

INTEGER

2.5 Список переменных

1 контроллер

Рисунок 1 - Список переменных для 1 контроллера

2 контроллер

Рисунок 2 - Список переменных для 2 контроллера

3. Программа управления процессом на языке UltraLogic

1 Контроллер

2 Контроллер.

4. Выбор элементов распределенной системы управления

4.1 Выбор датчиков и исполнительных механизмов

Для осуществления контроля состояния процесса в проекте были выбраны приборы, поддерживающие протокол HART. Наиболее распространенными, надежными являются датчики и приборы промышленной группы "Метран", а также сторонних производителей отечественного производства

Таблица 4.1 - Выбор датчиков, исполнительных механизмов

поз.

Наименование прибора

Тип

Количество

Выходной сигнал

1,13,14,20

Преобразователь давления

Метран 150

4

Цифровой выход

10,11.

16

Преобразователь уровня

Rosemount 5400

3

Цифровой выход

1,3,4

5,6,7,8,9,10,11,12

Исполнительное устройство

МЭО 63-6,3

11

Цифровой выход

2,3,4,5,6,7,8,9,12,15,21,22

Преобразователи расхода

Метран 303ПР

12

Цифровой выход

17,18

Преобразователи температуры

Метран 280

2

Цифровой выход

4.2 Выбор сетевых устройств

HART коммуникатор Метран-650 (усовершенствованная версия)

Коммуникатор Метран-650 - портативное устройство, предназначенное для cчитывания информации, удаленной настройки и конфигурирования интеллектуальных полевых приборов (датчиков давления Метран-150, Метран-100, Метран-49, Rosemount 3051 C/T/G, Rosemount 3051S (rev.3), Rosemount 1151, Rosemount 2088, преобразователей температуры Метран-280-1, Метран-280-2, Rosemount 248, Rosemount 644, расходомеров Метран-303ПР, Micro Motion с преобразователем MVD1700, и т.п.), поддерживающих HART-протокол.

Основные достоинства коммуникатора:

возможность настройки произвольных HART-приборов из любой точки токовой цепи,

доступ ко всем параметрам приборов,

диагностика прибора,

получение информации об устройстве (номер прибора, версия прибора и т.д.).

Совместимость с устройствами HART

Наличие взрывозащищенного исполнения: вид взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь" (маркировка взрывозащиты 0ExiaIICT5 X)

Обслуживание по HART до 15 устройств, подсоединенных к одной линии

Автономный источник питания - блок перезаряжаемых аккумуляторов или заменяемые щелочные батареи

Интерфейс пользователя на русском или английском языках

Коммуникатор не является средством измерений и не вносит дополнительной погрешности в аналоговый измерительный сигнал

HART модем Метран-681

HART модем Метран-681 предназначен для связи персонального компьютера или системных средств АСУТП с любыми интеллектуальными полевыми приборами (датчиками давления, преобразователями температуры, расхода и т.п.), поддерживающими HART-протокол.

Основные достоинства модема:

обеспечивает высокую надежность приема/передачи данных;

не требует применения блока питания;

обеспечивает возможность настройки подключенных HART-устройств из любой точки токовой цепи;

используется с программами HART-Master,HART OPC-сервер или с любым другим программным обеспечением (AMS Suite: Intelligent Device Manager, Radar Master, Radar configuration tools, Engineering assistant, Visual Instrument и т.д.) для настройки интеллектуальных устройств с HART-протоколом.

Обслуживает по HART до 15 устройств, подсоединенных к одной линии

Питание - от последовательного порта персонального компьютера

Наличие взрывозащищенного исполнения (маркировка взрывозащиты ЕхiaIICT5X)

Модем не является средством измерений и не вносит дополнительной погрешности в аналоговый измерительный сигнал

ART-мультиплексор Метран-670

HART-мультиплексор Метран-670 предназначен для связи персонального компьютера или средств АСУ ТП с интеллектуальными датчиками давления Метран 150, Метран-100, Метран-49, Rosemount 3051С/T, Rosemount 3051S, интеллектуальными преобразователями температуры Метран-280-1, Метран-280-2, Rosemount 248, преобразователями расхода Метран-300ПР, Метран-303ПР и любыми другими устройствами, поддерживающими HART-протокол.

Мультиплексор обеспечивает преобразование информационного сигнала HART в цифровой сигнал интерфейса RS485 или RS232, при этом аналоговый сигнал 4-20 мА токовой петли может использоваться системой регистрации и управления.

Пользователю предлагаются варианты применения мультиплексоров:

для работы с выделенного персонального компьютера предусмотрена программа HART-Master разработки ПГ "Метран";

для интеграции в SCADA-системы предоставляется HART ОРС-сервер.

16-ти канальный HART-мультиплексор с интерфейсом управления RS485/RS232

Возможность подключения до 15 устройств на каждый канал HART-входа

Порты RS485 и RS232 гальванически изолированы от линий HART

Наличие взрывозащищенного исполнения, вид взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь" (маркировка взрывозащиты [Exia] IIC)

Используется совместно с программой НART-Master или HART-OPC сервером

HART-мультиплексор не является средством измерений и не вносит дополнительной погрешности в аналоговый измерительный сигнал

4.3 Выбор сетевых устройств

HART технология

HART протокол осуществляет двухсторонний цифровой обмен между smart приборами, не влияя на аналоговый сигнал 4-20мА. Аналоговая переменная и питание передается по петле 4-20мА, дополнительная информация об измерениях, параметрах процесса, конфигурации прибора, калибровке и диагностике передается в цифровом формате HART по одному и тому же проводу в одно и то же время.

Для передачи цифровой информации HART протокол использует принцип частотной модуляции (FSK):

? логической "1" соответствует один полный период синусоиды 1200 Гц;

? логическому "0" два периода синусоиды 2200 Гц.

Эти сигналы соответствуют американскому стандарту для телефонии Bell-202. Цифровой и аналоговый сигнал передаются по одной паре проводов, путем простого наложения HART на токовую петлю. Схема, поясняющая работу приборов по HART протоколу, представлена на рисунке 3.11.

HART FSK сигнал обеспечивает двухстороннюю цифровую коммуникацию и дает возможность считывания дополнительной информации от датчика. HART протокол осуществляет коммуникацию при скорости 1200 бит в секунду, не прерывая сигнала 4-20мА и позволяет управляющей системе получить два или больше цифровых сообщений от полевого устройства в секунду.

HART составляющая имеет небольшую амплитуду и не влияет на аналоговый измерительный сигнал, поскольку среднее значение напряжения синусоидальной формы равно нулю. Кроме того, непосредственно перед использованием аналогового сигнала, HART составляющая может быть легко удалена из него при помощи простого фильтра нижних частот.

Важнейшим условием для успешного обмена данными по HART протоколу является значение активного сопротивления коммуникационного канала 250-1100 Ом. В противном случае, амплитуда HART составляющей выходит за допустимые пределы и сообщения не воспринимаются ни датчиками, ни системой.

Нагрузка, как правило, определяется активной составляющей входного импеданса системы или HART коммуникатора

Топологии подключения

HART построен по принципу главный/подчиненный. Это означает, что Полевое (подчиненное) устройство отвечает только когда поступит запрос от Главного. Два главных (основной и вторичный) могут связываться с любыми подчиненными устройствами в HART сети. Вторичные главные, такие как переносные коммуникаторы, могут быть подключены практически к любой точке HART сети и взаимодействовать с полевыми устройствами, не нарушая информационного обмена с Основным главным, которым обычно является компьютерная система сбора данных, мониторинга и настройки.

Существуют различные режимы коммуникационного обмена между интеллектуальными полевыми измерительными приборами и оборудованием центрального контроля и мониторинга. Наиболее распространена цифровая коммуникация одновременно с аналоговым сигналом 4-20 мА (Главный/Подчиненный). Этот режим предоставляет собой цифровой обмен Подчиненного с Главным по запросу Главного. Аналоговый сигнал 4-20 мА может по-прежнему нести информацию о Первичной переменной.

Кроме указанных режимов HART протокол позволяет объединять до 15 полевых устройств на одной и той же паре проводов в многоточечную сетевую структуру. В многоточечных структурах HART коммуникация используется как полностью цифровая. Ток в петле фиксируется на минимальном значении (только питание устройства - обычно 4мА) и не содержит информации об измеряемом процессе.

При усовершенствовании системы сбора данных, в перспективе тот же провод, используемый для обычных аналоговых приборов 4-20мА, может использоваться для создания сетевой структуры с HART коммуникацией. Длина кабеля зависит от типа кабеля и количества присоединенных устройств.

Таблица 3.4 Технические параметры протокола HART

Параметры

HART

Совместимость с токовой петлей 4-20мА

Да

Двунаправленная цифровая коммуникация

Да

Многопараметрическая коммуникация

Да

Несколько Главных устройств в системе

Да (2)

Считывание измерительной информации по цифровому каналу

Да

Скорость передачи данных

1.2 кБод, 2,4 кБод - burs-режим

Многоточечный режим

Да

Использование во взрывоопасных зонах

Да

Максимальная протяженность линии связи

3 км

Вероятность ошибки, при условиях определенных стандартом HART

1 на 10 000 транзакций

Комбинация HART и RS485/RS232 является удачным техническим решением, поскольку физический уровень на основе RS485/RS232 позволяет повысить скорость обмена данными по HART протоколу и использовать его как чисто цифровой протокол. Интерфейс RS485/RS232 широко распространен, относительно прост в реализации. В тоже время, верхние уровни HART протокола тщательно отработаны и проверены практикой и временем. Комбинация HART и RS485/RS232 позволяет реализовать полноценный, хорошо отработанный цифровой обмен. В настоящее время существует ряд приборов, использующих цифровой интерфейс RS485/HART. Используется такой интерфейс в расходомерах для применения во взрывобезопасных приложениях.

HART протокол занимает промежуточное положение между аналоговой и полностью цифровой передачей данных и широко известен, как промышленный стандарт усовершенствования токовой петли 4-20 мА до уровня цифровой коммутации. При этом полностью сохраняется полная совместимость и надёжность существующих аналоговых линий 4-20мА. Фактически датчик с HART можно устанавливать вместо аналоговых и с помощью портативного HART-коммутатора использовать все преимущества цифрового обмена уже в существующих аналоговых системах.

HART построен по принципу "главный-подчиненный", то есть полевое устройство отвечает по запросу системы. Протокол допускает наличие двух управляющих устройств: ПК управляющей системы и коммуникатора.

5. Расчет физической среды для передачи данных

Передача информации от датчиков к контроллерам связана с каналами передачи и временем, через которое дойдет сигнал через данные каналы. Передача информации на контроллер осуществляется по последовательному интерфейсу RS-485. В качестве физической среды передачи данных используется витая пара. Для правильного выбора кабеля необходимо произвести расчет. Все исходные данные были выбраны из соответствующего каталога.

Исходя из требований к скоростям обмена, определяем длительность информационного бита Т0

Т0 = 1/С, (1)

где С - скорость обмена, составляет 12000000 бит/сек

Т0 = 1/12000000 = 0,000000083 с.

Принимаем минимальное напряжения сигнала на вход самого удаленного приемника Uo = 5 В.

Принимаем требуемую длину кабеля исходя из расположения контроллера и датчиков (10 датчиков). Средняя длина проводов от датчиков до контроллера составляет L = 40 м, следовательно принимаем длину кабеля 400 м.

Вычисляем максимальное допустимое значение омического сопротивления кабеля длиной L

(2)

где Rc - сопротивление согласующего резистора, равное волновому сопротивлению кабеля

Umin - минимальное напряжение сигнала на выходе формирователя, равное 1,5 В

U0 - минимальное напряжение сигнала, которое должно присутствовать на входе самого удаленного приемника.

Определение погонного сопротивления кабеля

(3)

Выбор стандартного кабеля.

Выбираем кабель КГПпЭВ 1х2х0,78 (По типу Belden 3079Е)

Таблица 3. Электрические параметры кабеля Таблица 4. иии Частотная характеристика

Электрическое сопротивление проводника постоянному току при температуре 20°С, не более, Ом/км

57,0

Электрическое сопротивление экрана постоянному току при температуре 20°С, не более, Ом/км

12,2

Электрическое сопротивление изоляции проводников, пересчитанное на 1 км длины и температуру 20°С, не менее, МОмЧкм

5000

Электрическая емкость пары (номинальное значение), пФ/м

30,0

Омическая асимметрия проводников в паре, не более, %

3

Волновое сопротивление при частоте 1 МГц, Ом

150 ± 15

Коэффициент укорочения длины волны, не более

1,47

Частота, МГц

Коэф-т затухания, дБ/100 м, неболее

1

1,2

3,125

2,0

10

3,5

20

4,8

100

11,8

Определяем длительность переднего фронта импульса, используя параметры кабеля.

(4)

где Сn - погонная емкость

Rэкв - сопротивление формирователя

(5)

где Rк - погонное сопротивление выбранного кабеля

Rвх - входное сопротивление приемника;

n - количество приемников подключенных к кабелю.

мкс

Установить реальное значение уровня искажения сигнала на входе дальнего приемника.

(6)

% %

Максимальная скорость передачи.

кбит/с

Заключение

В курсовом проекте построена распределенная система управления процессом производства и расход конденсата. Данная система управления построена на модем фирмы Метран, датчиках и приборах отечественных производителей и HART-протоколе передачи измерительной информации по каналам связи.

Был реализован алгоритм составляющих процесса для каждого контроллера, управляющего своей установкой, в виде программы, написанной на языке UltraLogic. Проведен анализ сети путем расчета кабеля, длительности передачи и других характеристик.

Библиографический список

1 Олифер, В.Г. Принципы, технологии, протоколы [Текст]: Учебник для вузов., 2-ое изд., / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2003. - 864 с.

2 Вишневский, В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей [Текст]: / В.М. Вишневский - М.: Техносфера, 2005. - 512 с.

3 Белорусов, Н.И. Электрические кабели, провода и шнуры [Текст]: справочник / Н.И. Белорусов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева; под ред.Н.И. Белорусова. - Изд.5-е, перераб. и доп. - М.: Электроатомиздат, 1988. - 536 с.

4 Технологический регламент: сушильный цех [Текст] - Братск, OAO "Целлюлозно-картонный комбинат".

5 SIMATIC РС - совместимый программируемый микроконтроллер. Руководство пользователя

6 Датчики давления. Комплектные поставки. [Текст]: тематический каталог №1. - Челябинск: Промышленная группа "Метран", 2006 - 311 с.

7 Profibus в соответствии с IEC 61158/ EN 50170

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

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

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