Главная База знаний "Allbest" Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника Автоматизация технологического процесса абсорбционной очистки природного газа

Автоматизация технологического процесса абсорбционной очистки природного газа

Автоматизация технологических процессов на газоперерабатывающем заводе. Требования к создаваемой АСУТП. Управления процессом регенерации аминового сорбента. Структурная схема контура автоматического регулирования; контроллеры, модульные базовые платы.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 31.12.2015
Размер файла 4,0 M

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.

Страница:

При подключении полевых цепей к монтажной плате сигнал поступает как на активный, так и на пассивный модули ввода/вывода. Следовательно, на оба модуля поступает одна и та же информация. Тройная шина ввода/вывода между модулями ввода/вывода и главными процессорами передает данные со cкоростью 2 мегабита в секунду.

Каждая линейка обычно содержит не более восьми монтажных плат из-за ограничения обоих габаритов по вертикали. Питание к модулям в линейках подводится с помощью двух независимых шин питания. Каждая линейка модулей ввода/вывода получает питание от обеих шин питания через резервированные преобразователи постоянного тока (DC/DC). Соответственно и каждый канал запитывается независимо от этих резервированных источников. В модулях ввода/вывода питание полевых цепей и питание модулей изолированы друг от друга.

Коммуникационный модуль 3201. Используются одиночная или резервированная конфигурация, без тройного резервирования (TMR). Коммуникационный модуль (СМ) является факультативным интерфейсом три-к-одному с главными процессорами. Используя различные методы связи, протоколы и типы физических сред, коммуникационный модуль позволяет осуществлять связь с:

* внешними хост-компьютерами;

* распределенными системами управления (DCS);

* открытыми сетями;

* сетевыми принтерами;

* другими системами Trident;

* системами Tricon V9.

Один контроллер Trident поддерживает до двух коммуникационных модулей на монтажной плате СМ (Коммуникационная монтажная плата 2201). Каждый коммуникационный модуль (СМ) обеспечивает следующие возможности связи:

* Три последовательных порта с оптической изоляцией RS-232/485, которые конфигурируются пользователем для двухточечныхили многоточечных (сетевых) соединений Modbus.

* Два сетевых порта:

- один порт 10Мб Ethernet с двумя разъемами 10BaseT, интерфейс AUI для 10Мб устройства подключения к среде (MAU).

- один порт 100Мб Ethernet с двумя разъемами 100BaseTХ, интерфейс, независящий от среды, для 100Мб MAU.

* Поддержка протоколов:

- Мodbus ведущий или Modbus ведомый на последовательных портах.

- сетевые протоколы TCP/IP, TSAA и TriStation на обоих сетевых портах для SOE, Wonderware HMI и других TSAA- или DDE-совместимых прикладных программ.

- протокол сетевого принтера JetDirect Network Printer Server DLC/LLC на обоих сетевых портах.

- одноранговая связь Triconex в рамках нескольких систем Trident или комбинации систем Trident и Tricon.

- временная синхронизация сетевых портов в рамках нескольких систем Trident или комбинации систем Trident и Tricon.

Модуль аналогового ввода 4-20мА 3351 (AI). Устанавливается на монтажную плату аналогового ввода 2351. Измерение до 32 входных сигналов. В модуле аналогового ввода (AI) каждый канал измеряет входной сигнал асинхронно и заносит результаты измерений в таблицу. Каждая из таблиц входных значений через шину ввода/вывода передается в соответствующий главный процессор. Из главного процессора эта таблица передается соседним процессорам по шине TriBus. В режиме TMR программа управления использует среднее из трех значений. В дуплексном режиме используется среднее арифметическое двух значений. Все AI модули непрерывно диагностируются. Каждый AI модуль гарантированно сохраняет калибровку в течение всей жизни контроллера. Никакой периодической ручной калибровки модулей не требуется.

Модуль цифрового ввода 3301 (DI). До 32 точек подключения. Устанавливается на монтажную плату цифрового ввода 2301. Модуль цифрового ввода (DI) содержит три идентичных канала (А, В и С). Хотя каналы размещены в одном модуле, они полностью изолированы друг от друга и функционируют независимо. Каждый канал обрабатывает сигналы независимо. Ошибка, возникшая в одном из каналов, не влияет на другие каналы. В каждом канале имеется собственный спецпроцессор (ASIC), который обеспечивает коммуникацию с соответствующим главным процессором, а также динамическую диагностику. Каждый из трех входных каналов модуля DI асинхронно измеряет входные сигналы, определяет их относительные состояния и помещает их значения в таблицы входных значений А, В и С соответственно. Каждая из этих таблиц через определенные интервалы времени считывается через шину ввода/вывода коммуникационным процессором соответствующего главного процессора. Например, главный процессор А опрашивает таблицу входных значений А через шину ввода/вывода А. В модулях DI непрерывно выполняется диагностика по предельным значениям (Forced Value Diagnostics - FVD). Процедура диагностики DI модулей разработана специально для контроля устройств, сигнал которых сохраняет одно и то же состояние в течение длительного времени. Диагностика гарантирует выявление неисправностей каждой входной цепи, даже если состояние входного сигнала никогда не изменяется.

Модуль цифрового вывода 3401 (DO). До 16 точек подключения. Устанавливается на монтажную плату цифрового вывода. В каждом канале модуля DO имеется собственный спецпроцессор (ASIC), который принимает таблицу выходных значений от коммуникационного процессора ввода/вывода (IOP) соответствующего главного процессора. В модулях DO используется патентованная четырехвариантная схема мажоритарной выборки (QuadVoter) для выбора одного индивидуального сигнала, который затем подается на выходную нагрузку. Эта схема выборки основана на параллельно-последовательных цепях, которые пропускают сигнал если два из трех каналов (А и В или В и С, или А и С) выдают им команду на замыкание. Четырехвариантная схема выборки имеет многократное резервирование всех критических путей прохождения сигналов, гарантируя тем самым безопасность и максимальную готовность.

В процессе выполнения диагностики схемы выборки выходных сигналов (Оutput Voter Diagnostics - OVD) состояние каждой точки кратковременно фиксируется на одном из выходных драйверов, последовательно, одна за другой. Цепи обратной связи обратной связи в модуле позволяют каждому микропроцессору считывать выходные значения для точки, чтобы определить присутствие скрытой неисправности или ошибки в выходной цепи. Прерывания выходного сигнала при диагностике OVD не превышают 2 миллисекунд и они не влияют на большинство полевых устройств. Для устройств, не допускающих любых прерываний сигнала, OVD можно выборочно заблокировать при программировании системы с помощью TriStation. Диагностика модулей DO разработана специально для контроля выходов, которые сохраняют неизменное состояние в течение длительных периодов времени. Диагностика OVD гарантирует полный контроль отказов каждой выходной цепи, даже если реальное состояние этого выхода никогда не меняется.

В соответствии со сводным перечнем сигналов ввода/вывода системы противоаварийной защиты (таблица 2.6) и с учетом обеспечения резерва в таблице 2.9 представлены типы и количество модулей Trident .

Таблица 2.8

Сводный перечень сигналов ввода/вывода системы ПАЗ

Тип канала ввода/вывода

Требуется

Аналоговый вход 4…20мА

16

Аналоговый выход 4…20мА

-

Дискретный вход =24В

48

Дискретный выход

34

Таблица 2.9

Модули ввода/вывода системы ПАЗ 1У372

Модули ввода / вывода, модель

Функция

Кол-во, шт

Общее количество входов

Количество используемых входов

Резерв абс. / отн

3351

AI

1

32

16

16/ 100%

3301

DI

2

64

48

16 / 33%

3401

DO

3

48

34

14 / 41%

2.4.7 Барьеры искробезопасности HID 2000 Elcon Instruments и терминальные панели дискретных выходов

HID 2026 - повторитель источника питания, совместимый с интеллектуальными датчиками, обеспечивает полностью изолированный от земли источник питания для 2-х проводных датчиков в опасной зоне, повторяет токовый сигнал от датчика на нагрузке в безопасной зоне. Также обеспечивает двухстороннюю коммуникацию для интеллектуальных датчиков, которые используют модуляцию тока для передачи данных и модуляцию напряжения для приема данных.

Рисунок 2.15 - HID 2026

Выходы изолированы от входов и соединены с общим (минусовым) проводом источника питания.

Потребляемый ток: 50 мА при 24 В и выходном сигнале 20 мА (на канал).

Сигнал опасной зоны (вход): диапазон входного сигнала: 4-20 мА (перегрузка ограничена 26 мА). Напряжение, подаваемое на датчик и линию: 15.5 В мин. при токе 20 мА (уровень переменной составляющей 10 мВ эфф.).

Сигнал безопасной зоны (выход): выбирается пользователем: 4-20 мА или 1-5В (на внутреннем шунте 250Ом). Уровень переменной составляющей: 10 мВ эфф. на нагрузке 250Ом, необходимой для передачи данных. Нагрузка: 0-650 Ом.

Частотная характеристика коммуникационного канала: (от датчика к выходу и от выхода к датчику) 0.5 кГц - 40 кГц в пределах 3 дБ (-6 дБ на 100 кГц).

Пригоден для использования с интеллектуальными датчиками, использующими HART® или подобный протокол. Время реакции: 40 мсек, при скачке уровня сигнала с 10% до 90 %.

HID 2824 - повторитель состояния контактного датчика/проксимитора, с релейным выходом, повторяет состояние «сухого» контакта или искробезопасного проксимитора, находящихся в опасной зоне, на релейном выходе(ах) в безопасной зоне.

Система обнаружения неисправностей линии (используется в основном с проксимиторами) обесточивает выходное реле (реле индикации статуса выходов и реле аварийной сигнализации в HiD 2821), включает светодиодный индикатор аварии и выдает сигнал на шину аварийной сигнализации объединительной платы. Система обнаружения может использоваться и с контактными датчиками. В этом случае к датчику подключается дополнительная цепь, состоящая из параллельного и последовательного резисторов.

Потребляемый ток: 15 мА при 24 В и включенном выходном реле (на канал).

Сигнал опасной зоны (вход): «Сухой» контакт или проксимитор, соответствующий стандарту DIN 19234(NAMUR).

Рисунок 2.16 - HID 2824

Пороговые величины:

От 0 до 0.2 мА = обрыв линии (отказ проксимитора).

От 6.5 мА до макс. мА = короткое замыкание линии (отказ проксимитора).

От 0.2 до 1.2 мА= контакт разомкнут / проксимитор с объектом.

От 2.1 до 6.5 мА= контакт замкнут / проксимитор без объекта.

Сигнал безопасной зоны (выход): DPST (двухполюсное реле на одно положение) на канал (2822). SPST (однополюсное реле на одно положение) на канал (2824). DPST на каждый выход статуса (2821).

Нормально включенное реле DPST на аварийном выходе, с одним нормально разомкнутым и одним нормально замкнутым контактами (2821). Максимальная нагрузка контактов: 50В пост., ток 0.5А, неиндуктивная нагрузка. Время реакции: 20 м/сек. Выбирается переключателями: Реле нормально включено / нормально выключено (фаза). Система обнаружения повреждений линии включена/выключена.

HID 2034 - драйвер ЭПП, с питанием от сигнального контура, передает сигнал 4-20 мА, поступающий из безопасной зоны от управляющей системы, в опасную зону для управления находящимися там ЭПП, электроприводами клапанов и дисплеями.

Разработан для применений, требующих высокой надежности. Каждый канал питается от сигнального контура с низким падением напряжения, и позволяет системе управления контролировать состояние линии. Разомкнутый полевой контур представляет собой высокое входное сопротивление на входе управляющего устройства, это используется в качестве признака аварии.

Рисунок 2.17 - HID 2034

Потребляемый ток: 35мА при 24В и выходном сигнале 20 (на канал).

Сигнал опасной зоны (выход): 4-20мА на нагрузке от 0 до 500 Ом макс, влияние нагрузки: <0.2% от полной шкалы при изменении нагрузки от 0 до 500Ом, переменная составляющая выходного сигнала: 40мкА пик-пик, время реакции: 50 мсек при скачке уровня сигнала с 10 до 90%.

Сигнал безопасной зоны (вход): Питание от сигнального контура, от 7 до 30В макс. (защита от неправильного включения полярности). Входной ток: питание от сигнального контура, 4-20мА (падение напряжения 7В при токе 20мА и нагрузке 500Ом). Потребление при разомкнутой цепи < 0.8 мА при 24В.

P0916NG - терминальная панель дискретных выходов модуля FBM242. Данная терминальная панель содержит 16 встроенных реле обеспечивающих выдачу выходного сигнала 30В пост.т. при 5А или 125В пост.т. при 600мА с резистивной нагрузкой, или 125В пост.т. при 250мА с индуктивной нагрузкой, или 120В перем. тока при 5А или 120В перем. тока при 5А, или 240В перем.т. при 5А (внешний источник) с источником напряжения, подаваемым в контур. Терминальные панели, используемые с модулем FBM242 обеспечивают: точки подключения выходных сигналов, точку подключения внешнего питания.

2.4.8 Блоки питания АСУ ТП 1У372

Блок питания фирмы Foxboro (FPS400-24) - сертифицированный блок питания фирмы Foxboro (см. рис. 3-1), монтируемый на рейку DIN, имеет следующие характеристики: 400Вт, 24В постоянного тока, предназначен для установки в зоне со степенью 2 (номер P0917LY). Этикетка удобна расположена на лицевой стороне блока питания, и на ней можно указавать тип питания блока питания: Primary (Первичный) или Secondary (Вторичный).

Рисунок 2.18 - Блок питания оборудования базовых плат

Для обеспечения гарантированного питания базовых плат (Base plate), на которых располагаются модули ввода/вывода (FBM) и контроллеры подсистем АСУ ТП и ПАЗ выбраны 4 блока питания P0917LY. Блоки питания монтируется на рейку DIN

Резервированный источник питания P0972XЕ 16-портового волоконно-оптического коммутатора

Резервированный источник питания (P0972XE) может обеспечивает резервированное питание максимум четырех 16-портовых (с 8 медными и 8 волоконно-оптическими портами) управляемых коммутаторов (P0972WG).

Рисунок 2.19 - Резервированный источник питания P0972XЕ 16-портового волоконно-оптического коммутатора

Он обеспечивает внешнее питание для коммутатора(ов), если первичный (внутренний) источник питания выйдет из строя. Первоначально он содержит один заранее установленный модуль питания. Каждый модуль питания (P0972XF) может поддерживать один коммутатор. Три дополнительных модуля питания могут быть установлены на шасси одного резервированного источника питания (P0972XE).

PS1550 - отказоустойчивый источник питания барьеров искрозащиты.

Напряжение = 24 В, ток 36 А или 30 А при одном резервном модуле.

Резервирование по входным линиям, резервирование силовых модулей и вентиляторов охлаждения.

Возможность замены модулей «на ходу», без отключения питания.

Полный контроль всех критичных параметров.

Рисунок 2.20 - отказоустойчивый источник питания PS1550

Блок, монтируемый в стойку или на панель, шириной 19 дюймов (483 мм) и высотой 4 U (176.6 мм) с встроенными вентиляторами охлаждения. Три варианта выходных клемм, 2 входных линейных модуля (1550/LM) и до 6 силовых модулей (1550/РМ), на ток 6 А каждый.

Для шкафов подсистем АСУ ТП и ПАЗ выбраны два источника питания барьеров искрозащиты PS1550 с четырьмя силовыми модулями каждый.

2.4.9 Рабочие станции

Прикладная рабочая станция (АР) выполняет интенсивные вычисления функции. Она обладает вычислительными возможностями, чтобы выполнять:

- системное программное обеспечение, написанное фирмой Foxboro;

- прикладные программные пакеты, написанные фирмой Foxboro;

- программы, написанные пользователем, и программы сторонних поставщиков.

Кроме того, станция АР выступает в роли файлового сервера или хоста (ведущего компьютера) для других станций в сети. Файловый сервер обеспечивает сервис загрузки образа для этих станций и хранит информацию, полученную от этих станций, чтобы её можно было использовать в других прикладных программах.

Станция оператора (WР) -- это графический терминал, с помощью которого оператор взаимодействует с дисплеями системы (I/A) Series, чтобы:

- выполнять мониторинг и управление параметрами технологического процесса;

- принимать уведомления об аварийных сигналах технологического процесса;

- выполнять действия с аварийными сигналами технологического процесса;

- выполнять мониторинг состояния аппаратных средств системы;

- отображать заархивированные данные технологического процесса.

Монитор станции оператора (WР) используют для взаимодействия с дисплеями системы (I/A) Series, чтобы работать с некоторыми конфигураторами системы (I/A) Series, создавать и выполнять программы и отчёты. Станция оператора (WР) также обеспечивает функции накопителей данных большой ёмкости для хранения графических дисплеев и других файлов рабочей станции.

- Основная функция станции оператора (WР) состоит в выполнении роли интерфейса между пользователем и технологическим процессом, обеспечивая программы, необходимые для работы с устройствами пользовательского интерфейса.

Инженерная рабочая станция (AW) является комбинацией прикладной рабочей станции (АР) и станции оператора (WР). Поэтому она может выполнять такие функции прикладной рабочей станции, как сбор данных предыстории и загрузку базы данных управления. Она также действует как графический интерфейс, аналогично станции оператора. Доступ ко всем конфигураторам возможен через эту станцию. Существуют различные версии инженерных рабочих станций, одна версия использует операционную систему SUN, а другая версия использует операционную систему Windows. Последней является инженерная рабочая станция АW-70, являющейся автономной станцией, которая моделирует станцию АW в сети. С помощью этой станции всё конфигурирование может быть выполнено и протестировано в автономном режиме.

2.4.10 Полевое оборудование КИП

Выключатель путевой типа ВПВ-1А21 предназначенный для сигнализации конечного положения исполнительного механизма и используемый в цепях переменного или постоянного тока. Коммутационное устройство выключателя имеет «механическо-мгновенное действие», обеспечивающее включение или переключение контактов, а также контактное давление не зависящее от положения привода.

Условия эксплуатации:

-- климатическое исполнение УХЛ-1 по ГОСТ 15150-69;

-- степень защиты IP-65;

-- взрывозащищённого исполнения 1ExdIAT6;

-- рабочие значения температуры воздуха от -50С до +45С;

-- относительная влажность окружающей среды до 100% при температуре 35С с конденсацией влаги.

Коррозионностойкие датчики давления "Метран-49" код МП1

Датчики давления Метран 49 МП1 (рисунок 2.22) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования, управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в унифицированный токовый выходной сигнал.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.21 - Внешний вид датчика давления Метран 49

Датчики работают со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, работающими от стандартного выходного сигнала.

В датчиках давления "Метран-49" за счет реализации схемы трехмембранного приемника давления достигнуто сочетание высокой точности и стабильности измерений с высокой коррозионной стойкостью.

Измеряемые среды: агрессивные среды с высокой химической активностью (газ с содержанием сероводорода, кислоты, щелочи, нефтепродукты, сырая нефть, морская вода), исполнения: обыкновенное, взрывозащищенное Ех, Вн, выходной сигнал: 0-5, 0-20, 4-20, 5-0, 20-0, 20-4 мА, степень защиты датчиков от воздействия пыли и воды IP65, внесены в Госреестр средств измерений под №19396-00, сертификат №7633/1.

Средняя наработка на отказ 100000 часов.

Датчики разработаны по техническому заданию ОАО "Газпром".

По заказу поставляются в исполнении по материалам для рабочей среды содержащей водород (Оренбургское и Астраханское месторождения).

Выбранные для измерения давления, расхода и уровня датчики Метран 49 представлены в приложении №1.

Датчики - реле уровня

Датчики-реле уровня РОС 101И предназначены для контроля уровня электропроводных и неэлектропроводных жидкостей, твердых сред, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов. Относятся к классу емкостных сигнализаторов уровня. Принцип действия основан на высокоточном методе преобразования изменения электрической емкости чувствительного элемента, вызванного изменением уровня контролируемой среды в «релейный» выходной сигнал.

В состав прибора входит первичный преобразователь и передающий преобразователь.

Исполнение первичного преобразователя по маркировке взрывозащиты 0ЕxiaIICT6, передающий преобразователь ЕxiaIIC.

Диапазон температур окружающего воздуха при эксплуатации от -50 до +60оС.

Питание от сети переменного тока с напряжением 220 ± 15% В.

Сертификат соответствия № РОСС.RU.ГБ05.В00747.

Разрешение Федеральной службы по экологическому, техническому и атомному надзору №РРС 04-9163.

Клапан электромагнитный ММММ.306577.001-02 предназначен для обеспечения управления пневматическими исполнительными механизмами в автоматизированных системах управления технологическими процессами и машинами взрывоопасных производств. Клапаны предназначены для работы во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок в соответствии с главой 7.3 ПУЭ, в которых возможно образование газа и паровоздушных смесей категорий IIA, IIB, IIC, групп T1 - Т6 по ГОСТ 12.1.011.

Технические характеристики:

-- питание 24В постоянного тока;

-- управление работой в сети сжатого воздуха с давлением до 0.6 МПа;

-- взрывозащищённого исполнения 1ExdIICT6 по ГОСТ 12.2.020;

-- рабочие значения температуры воздуха от (-50 до +40) С.

Электропневматический позиционер(ЭПП) фирмы SAMSON (тип 3767)

Позиционеры обеспечивают заданное согласование положения исполнительного блока и управляющего сигнала. Эти приборы сопоставляют управляющий сигнал управляющего или регулирующего устройства с положением исполнительного блока и управляют пневматическим давлением сервопривода (Pst) в качестве выходной величины.

Эти позиционеры обладают рядом специфических свойств: любое монтажное положение, возможность использования как в нормальном режиме. Так и в режиме разделенного диапазона, выгодные динамические характеристики, пренебрежительно малое влияние вспомогательной энергии, регулируемый диапазон Р, адаптируемая подача воздуха, малый расход вспомогательной энергии, особо малое влияние тряски, компактное исполнение, не требующее больших усилий для техобслуживания.

Исполнение для взрывоопасных производств с взрывозащитой типа «искробезопасность EEx ia II T6».

Таблица 2.8

Технические характеристики ЭПП SAMSON 3767

Характеристика

Значения

Диапазон хода при монтаже согласно DIN IEC 534

7,5 .. 150 мм

Задающая величина

4 .. 20 мА, 0 .. 20 мА, 1 .. 5 мА

Воздух питания

1,4 .. 6 бар

Давление исполнительного импульса pst (выходной сигнал)

0 .. 6 бар

Характеристика

линейная

Гистерезис

< 0,3 %

Зона нечувствительности

< 0,1 %

Направление действия

обратимое

Пропорциональная зона

0,5 - 2,5 %

Допустимая температура окружающей среды

-40 .. +80 °C

Влияние вибрации

от 10 до 150 Гц и 1,5 и при 4 г влияния нет

Род защиты

IP 54 (при специальном исполнении IP 65)

Термоэлектрический преобразователь Метран ТСПУ 276-Ех (см. рисунок 2.23). ТСПУ развивает электродвижущую силу при изменении температуры рабочего спая. Встроенный в голову датчика измерительный преобразователь преобразует э.д.с. в унифицированный выходной сигнал 4-20 мА, что дает возможность построения АСУ без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Рисунок 2.22 - Внешний вид термоэлектриразователей Метран ТСПУ 276

Внесены в Госреестр средств измерений под №21968-01, сертификат №10993.

Термопреобразователи ТСПУ-276 Ех могут эксплуатироваться во взрывоопасных зонах, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, горючих жидкостей с воздухом категорий IIA, IIB и IIC, групп T1- Т6 по ГОСТ 12.1.011.

Модельный ряд термоэлектрических преобразователей выбранных для построения АСУ ТП 1У372 представлен в приложении №1.

Сигнализаторы загазованности

General Monitors модель 2602А - одноканальный контрольный модуль детекции сероводорода. Принцип действия основан на изменении сопротивления метало-оксидной пленки MOS, расположенной между двумя электродами полевого датчика при поглощении ее поверхностью (адсорбции) сероводорода.

Диапазон рабочих температур от (-40 до +60)оС

Сигнализаторы СТМ10 - предназначены для непрерывного контроля довзрывоопасных концентраций в воздухе помещений и открытых пространств горючих газов, паров и их смесей.

Диапазон рабочих температур от (-60 до +50)оС.

Сигнализаторы General Monitors и СТМ10 являются автоматическими стационарными приборами, состоящими из блока сигнализации и питания и выносных датчиков.

Блоки сигнализации и питания выполнены в обыкновенном исполнении по ГОСТ 12997-84 и должны быть установлены за пределами взрывоопасной зоны.

Датчики газосигнализаторов General Monitors и СТМ10 выполнены взрывозащищенными с маркировкой iExdIICT4 по ГОСТ 12.2.020-76. Степень прочности оболочки датчика высокая по ГОСТ 22782.0-81.

Датчики могут эксплуатироваться во взрывоопасных зонах, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, горючих жидкостей с воздухом категорий IIA, IIB и IIC, групп T1-Т4 по ГОСТ 12.1.011.

Питание сигнализаторов от сети переменного тока с напряжением 220 ± 15% В.

Средняя наработка на отказ по каждому каналу сигнализаторов 60000 часов.

2.5 Расчет надежности ПТК

2.5.1 Методика расчета

Надежность - свойство системы сохранять во времени в восстановленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации.

Объектом расчета надежности является автоматизированная система управления технологическими процессами 1У372 Оренбургского ГПЗ.

Оцениваемыми показателями надежности являются:

- показатель безотказности;

- показатель ремонтопригодности.

Система является восстанавливаемой в процессе применения.

Неработоспособным состоянием системы считается:

- прекращение сбора, обработки, передачи, представления информации, выход погрешности измерения технологических параметров за допустимые пределы, искажение информации или не предоставление ее оперативному персоналу (информационная функция системы);

- прекращение формирования или передачи команд управления, выдача ложных команд (функция управления системы);

- отсутствие любой команды управления, формируемой системой САУ или ПАЗ при наличии аварийной ситуации на объекте управления, либо выдача любой команды управления при отсутствии аварийной ситуации на объекте (функция защиты системы).

Показатель ремонтопригодности опущен, т.к. на восстановление работоспособности АСУ ТП из-за вышедшего из строя элемента программно-технического комплекса уйдет не больше 0,5 часа.

Для расчета свойств, составляющих надежность, и комплексных показателей надежности используем структурный метод расчета - основанный на представлении объекта в виде логической (структурно-функциональной) схемы (в соответствии с ГОСТ 27.301-95).

Предполагаем, что как вся система, так и любой ее элемент могут находиться только в одном из двух возможных состояний - работоспособном и неработоспособном и отказы элементов независимы друг от друга. Состояние системы определяется состоянием элементов и их сочетанием. Поэтому теоретически возможно расчет безотказности свести к перебору всех возможных комбинаций состояний элементов, определению вероятности каждого из них и сложению вероятностей работоспособных состояний системы.

Системой с последовательным соединением элементов называется система, в которой отказ любого элемента приводит к отказу всей системы. Такое соединение элементов в технике встречается наиболее часто, поэтому его называют основным соединением. Считая отказы элементов независимыми, вероятность одновременно безотказной работы n элементов определяется по теореме умножения вероятностей:

(2.1)

Очевидно, что даже при высокой надежности элементов надежность системы при последовательном соединении оказывается тем более низкой, чем больше число элементов.

Если все элементы системы работают в периоде нормальной эксплуатации и имеет место простейший поток отказов, наработки элементов и системы подчиняются экспоненциальному распределению, т.е. можно записать:

.(2.2)

Системой с параллельным соединением элементов называется система, отказ которой происходит только в случае отказа всех ее элементов. Такие схемы надежности характерны для систем, в которых элементы дублируются или резервируются, т.е. параллельное соединение используется как метод повышения надежности.

2.5.2 Расчет показателей надежности

Для расчета показателей надежности по функциям выполняемым АСУ ТП исходим из того, что система состоит из последовательно соединенных элементов (т.е. отказ хотя бы одного из них приводит к отказу всего соединения в целом).

Для информационной функции интенсивность отказа системы определяется по формуле:

, (2.3)

где - интенсивность отказов датчиков, ;

- интенсивность отказов линии связи, ;

- интенсивность отказов УСО, ;

- интенсивность отказов ПЛК, ;

- интенсивность отказов АРМ оператора, .

.

Следовательно, среднее время безотказной работы системы:

года.

Значение коэффициента надежности определяется по формуле:

.(2.4)

Т.е. коэффициент надежности для времени в один год будет:

.

Вероятность безотказной работы в течение года:

.

Коэффициент готовности системы определяется по формуле:

, (2.5)

где - время восстановления элементов системы, .

.

Для управляющей функции интенсивность отказа системы определяется по формуле:

, (2.6)

где - интенсивность отказов исполнительных механизмов, .

.

Следовательно, среднее время безотказной работы системы:

года.

Коэффициент надежности для времени в один год будет:

Вероятность безотказной работы в течение года:

Для функции защиты интенсивность отказа системы определяется по формуле:

. (2.7)

Следовательно, среднее время безотказной работы системы:

лет

Коэффициент надежности для времени в один год будет:

Вероятность безотказной работы в течении года:

2.6 Разработка программного обеспечения

2.6.1 Структура программного обеспечения

Программное обеспечение (ПО) АСУ ТП 1У372 ГПЗ включает в себя следующие составные части:

- Системное ПО - операционная система Windows XP SP2;

- Фирменное ПО - пакет программ «I/A Series»;

- Прикладное ПО - ПО созданное на основе пакета программ «I/A Series».

Пакет I/A Series включает в свой состав:

FoxDraw - это графический редактор для создания и обслуживания дисплеев графического отображения динамики управления технологическим процессом.

FoxView - это интерфейс пользователя системы серии I/A, то есть интерфейс между вами и технологическим процессом. FoxView позволяет вызвать другие прикладные программы;

AIM Historian - это прикладная программа с архитектурой клиент/сервер, которая позволяет выполнять процессы сбора, обработки и хранения данных предыстории;

Программа FoxCAE представляет мощную, работающую под Windows ХР систему, которая полностью автоматизирует процесс разработки баз данных для станций управления системы I/A Series.

2.6.2 Функции частей программного обеспечения

ПО системы позволяет реализовать следующие основные функции:

- сбор и обработку входных аналоговых и дискретных параметров, формирование сигналов нарушения технологического регламента и аварийных ситуаций;

- формирование на запоминающем устройстве архивов параметров;

- формирование расчетных параметров;

- выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы и запорную арматуру;

- реализация контуров регулирования;

- выполнение алгоритмов противоаварийной защиты и блокировок;

- выполнение алгоритмов управления технологическим процессом;

- организация информационного обмена со станциями операторов, а также другими подсистемами.

Операторский интерфейс интегрирован в системе управления I/A Series и позволяет выполнять широкий круг операций, как по конфигурированию системы, так и по управлению процессом.

Конфигурированные функции дают возможность как начальной настройки рабочей станции на текущую конфигурацию объекта управления, так и оперативной ее корректировки в режиме «on-line».

К данной группе функций относятся также формирование архивных копий базы данных станций, восстановление БД при ее нарушении.

В режиме конфигурирования осуществляется формирование списков оперативного персонала и определение прав доступа каждого работника. Дополнительные функции включают в себя функции начальной загрузки контроллеров.

К функциям интерфейса оператора относятся:

- получение информации о протекании процессов и состоянии оборудования от управляющих контроллеров I/A Series, либо от смежных систем управления;

- формирование архива исторических данных;

- отображение текущего состояния технологического процесса и оборудования в виде мнемосхем, диаграмм, таблиц и т.д. на основе многооконного интерфейса;

- отображение исторических трендов параметров;

- формирование команд управления, изменения установок регуляторов с контролем достоверности вводимой информации;

- расчет обобщенных показателей работы установок и агрегатов;

- сигнализации нарушений технологического регламента и возникновения аварийных ситуаций, введение и отображение журнала нарушений регламента и событий, произошедших в системе;

- прием от подсистем верхнего уровня иерархии заданий и ограничений по ведению технологического процесса, выдача информации в подсистемы верхнего уровня и в смежные подсистемы;

- обеспечение безопасности путем контроля прав доступа оператора, а также анализа вводимой информации;

- контроль и диагностика работоспособности программно-технических средств.

В состав фирменного программного обеспечения входят также инструментальные (сервисные) средства для разработки отладки и документирования прикладного программного обеспечения, проведения наладочных работ.

2.6.3 Алгоритмы управления

В процессе функционирования системы алгоритмы обрабатывают команды оператора, сигналы об изменении технологических параметров, поступающие от устройств ввода/вывода и выдают управляющие воздействия на исполнительные механизмы.

Алгоритмы для каждого исполнительного механизма составлены с учетом их подключения к устройствам ввода/вывода, подвода питания, а также функциональных задач, реализацию которых обеспечивает данный исполнительный механизм. При отработке алгоритма учитываются: возможный запрет по блокировке, время отработки каждой стадии, появление отказа.

Выдача команд управления на исполнительные механизмы производится с последующим контролем их выполнения, для чего запускается таймер на время, отведенное на выполнение команды. Если подтверждение приходит раньше установленного времени, то команда считается отработанной. Если после времени задержки подтверждение не пришло, то выдается сообщение об ошибке.

Согласно РД50-34.698-90, условия, при которых прекращается решение комплекса задач автоматизированным способом и оператору необходимо обеспечить безаварийный останов технологического процесса (возможен также перевод процесса на управление по месту), следующие:

- пропадание питания на рабочем месте оператора-технолога;

- обрыв линий связи между контроллерами и шкафами АСУТП и ПАЗ.

В системе I/A Series используется модульный принцип при разработке стратегии управления. Управляющие модули являются уникальными поименованными управляющими единицами в системе I/A Series. Функциональный блок -- это основной компонент управляющего модуля, то есть, это блок, из которых строится управляющий модуль. Каждый функциональный блок содержит в себе управляющий алгоритм (такой, как ПИД, Аналоговый Выход или Аналоговый Вход). Алгоритмы Усовершенствованного Управления процессом также включены в функциональные блоки, например, регулирование с функцией Нечеткой логики. Будучи соединенными, вместе в определенной последовательности, несколько функциональных блоков образуют управляющий модуль.

ПО I/A Series поддерживает несколько языков управления для разработки конфигураций: функциональные блоки и язык релейной логики. В пределах одного управляющего модуля можно смешивать эти управляющие языки.

Функциональный блок представляет собой конструктивный элемент для создания алгоритмов, выполняющих управление технологическим процессом или его мониторинг. Каждый функциональный блок включает в себя алгоритм и параметры, которые позволяют настраивать этот алгоритм. Алгоритмы функциональных блоков варьируются от простого преобразования входного сигнала до сложных управляющих стратегий.

Функциональный блок использует данные параметров, полученные от пользователя, от самого функционального блока или от других функциональных блоков для выполнения своих вычислительных и логических функций и для передачи выходного значения в другие функциональные блоки или в полевые приборы. Некоторые функциональные блоки могут также определять условия алармов.

Язык релейной логики позволяет создавать модульные логические схемы управления в удобных, простых для использования релейных символах. Программы релейной логики определяют простые релейные операции. Программы релейной логики, вместе с непрерывными и последовательными блоками управления управляющего процессора, может использоваться для реализации сложных стратегий управления. На основе функций обмена данными и наличия сети управления выполнение программ релейной логики в одном модуле Полевой шины может быть скоординировано с другими логическими, непрерывными и периодическими функциями в любом сетевом управляющем процессоре.

Алгоритмы контроля и сигнализации

Для отображения сигнализации параметра состояния на экране станции оператора используется смена цвета:

- зеленый - нормальное состояние параметра или оборудования;

- желтый - предупредительная сигнализация;

- красный - аварийная сигнализация.

Отклонения и отключения сопровождаются на мнемосхеме мигающим светом и дополнительно подачей звукового сигнала.

Система снабжена алгоритмами диагностики исправности технических средств системы и устройств, которые она обслуживает (датчики, исполнительные механизмы и т.д.).

Отображение на экране монитора контуров регулирования обеспечивает возможность контроля текущего состояния параметра, уставки и состояния исполнительного механизма, график изменения параметра во времени, возможность выбора режима работы регулятора (автоматический/ручной), изменение уставки или состояния исполнительного механизма.

Отображение на экране монитора исполнительных механизмов с дискретным управлением (краны, отсечные клапана, электрозадвижки, насосы и т.д.), обеспечивает возможность контроля текущего состояния механизмы и управления этим механизмом.

Алгоритмы управления отсекателями

Алгоритмы предназначены для управления пневмоприводом отсекателей через пилотный клапан и контроля над их состоянием (рисунки 2.23-2.24).

Для контроля состояния отсекателей установлены сигнализаторы крайних положений.

Схема управления предусматривает:

- два дискретных выходных сигнала (ОТКРЫТЬ, ЗАКРЫТЬ);

- два дискретных входных сигнала (ОТКРЫТ, ЗАКРЫТ);

- команды управления оператора или алгоритмов управления.

Сигнализация «Превышено время открытия/закрытия» выдается в случае, если после времени выделенного на отработку команды состояние отсекателя не соответствует команде алгоритма.

По команде управления - выдается соответствующий дискретный выходной сигнал и запускается таймер для проверки реакции крана на команду управления, по размыканию конечных выключателей текущего состояния. После чего запускается таймер на время полного срабатывания крана.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.23 - Алгоритм открытия отсекателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.24 - Алгоритм закрытия отсекателя

При появлении сигнала неисправности производится сброс таймера и вырабатывается сообщение об отказе, с последующим выходом из алгоритма, либо неисправность снимается оператором для продолжения алгоритма управления.

Алгоритмы аналогового управления

Модули аналогового управления реализованы с учетом того обстоятельства, что для 1У372, как и для всего газоперерабатывающего завода, характерно медленное протекание технологических процессов. Поэтому в контурах аналогового управления применен закон ПИД-регулирования, реализованный по стандартной схеме с использованием функционального блока PIDХE и AO. В зависимости от вида клапана, которым управляет модуль (НО или НЗ), меняется структура модуля и его параметры. Значения настроечных коэффициентов регуляторов (коэффициент пропорциональности, постоянные времени интегрирования и дифференцирования) будут определены при наладке системы на объекте.

Выработку предупреждающих и аварийных сигналов (алармов) производят модули аналогового ввода. По данным этих модулей контроллер осуществляет выработку дискретных сигналов, по которым производится автоматическая блокировка или пуск назначенных устройств.

Алгоритмы управления электрическим приводом вентиляционных систем и насосов.

Схема управления предусматривает:

- три дискретных выходных сигнала (ПУСК, ОСТАНОВ, ЗАПРЕТ ПУСКА ПО МЕСТУ);

- дискретный входной сигнал состояния (РАБОТАЕТ);

- команды управления, выдаваемые оператором или алгоритмом управления (ПУСК, ОСТАНОВ).

Электрическая цепь, которая управляет реле включения электропривода, состоит:

- кнопки включения;

- параллельных контактов самоблокировки цепи, контактов пуска по команде оператора или контроллера и кнопки выключения;

- контактов размыкания цепи для останова электропривода по команде оператора или контроллера;

- реле включения привода.

Контакт пуска последовательно соединен с контактом запрета пуска по месту.

После выдачи управляющего сигнала, например ПУСК (рисунок 2.25), и замыкания контактов контроллера срабатывает реле включения привода и одновременно самоблокируется цепь управления.

По команде ОСТАНОВ (рисунок 2.26) вся цепь кратковременно размыкается - электропривод выключается, контакты самоблокировки размыкаются. Алгоритм управления отрабатывается по командам оператора или автоматически.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.25 - Алгоритм запуска

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.26 - Алгоритм останова

Первоначально отображается текущее состояние привода

По команде управления ПУСК или ОСТАНОВ запускается таймер (1-2сек.) для проверки реакции на команду управления, при совпадении сигнала РАБОТАЕТ с состоянием выданной команды оператора до истечения времени отработки таймера, алгоритм заканчивается. Если же состояние входного сигнала не соответствует команде, то появляется сообщение об отказе.

В случае срабатывания алгоритмов блокировок электропривод отключается

2.6.4 Средства проектирования

Основные средства проектирования -- это FoxDraw, FoxCAE

FoxDraw - это графический редактор для создания и обслуживания дисплеев графического отображения динамики управления технологическим процессом. На дисплеях могут отображаться технологическая установка, технологическая зона, или подробное изображение части технологического процесса. Дисплейные объекты могут быть динамически связаны с выбранными переменными или с выборами оператора.

FoxDraw позволяет создавать анимированные сенсорные окна (графические объекты динамически изменяют свои свойства в зависимости от состояния переменных к которым они присоединены). Такие оконные панели могут быть связаны с реальными технологическими процессами через датчики, исполнительные устройства, модули ввода/вывода промышленных контроллеров. Графический интерфейс FoxDraw соответствует стандартам интерфейса, поддерживает перемещение, закрепление панелей инструментов, открытие правой кнопкой мыши контекстного меню с часто используемыми командами.

С помощью FoxDraw можно рисовать основные объекты, используя при этом мышь вместе с панелями инструментов, позициями меню и быстрыми клавишами. Есть возможность присваивать графические атрибуты объектам и конфигурировать объекты, чтобы отображать изменения технологических параметров или действия оператора.

FoxDraw имеет многочисленные палитры объектов, такие как насосы, резервуары, трубы, электрические двигатели, клапаны и символы ISA. Также можно создавать собственные палитры для хранения сложных объектов и стандартных символов компании. На рисунках 2.24 и 2.25 представлены мнемосхемы технологических процессов абсорбционной очистки природного газа и регенерации аминового сорбента на 1У372.

Каждая мнемосхема представляет собой графическое отображение фрагмента технологического процесса с текущей информацией. При этом показывается текущее значение параметров процесса, текущее состояние оборудования, состояние сигнализаций, реперы точек контроля и др. Обновление текущей информации на мнемосхеме выполняется автоматически с периодичностью опроса датчиков устройствами ввода/вывода. Такая форма представления информации наглядна и удобна.

Представленные мнемосхемы предназначены для визуализации на экране монитора состояния технологического оборудования и отображения текущих значений, контролируемых параметров 1У372 и используются операторами-технологами в качестве основного средства контроля и управления технологическим процессом.

Для облегчения работы оператора и обеспечения хорошего восприятия фактического состояния технологического процесса на мнемосхемах отображены объемные элементы мнемосхемы, максимально приближенные к виду реальных конструкций оборудования. Мнемосхемы повторяют с некоторыми особенностями функциональную схему автоматизации, содержат основное технологическое оборудование и направления движения материальных потоков, отражают принципиальную схему КИПиА с одновременной индикацией в цифровой форме:

- значений контролируемых и регулируемых технологических параметров;

- значений сигналов, характеризующих действительное состояние двухпозиционных, исполнительных механизмов (отсекателей);

- состояния (ВКЛ/ВЫКЛ) различного электротехнического оборудования;

- состояние технологического параметра относительно технологических и аварийных регламентных значений.

Рисунок 2.27 - Мнемосхема «Очистка природного газа»

Рисунок 2.28 - Мнемосхема«Регенерация аминового сорбента»

Программа FoxCAE представляет мощную работающую под Windows систему, которая полностью автоматизирует процесс разработки баз данных для станций управления системы I/A Series. FoxCAE повышает эффективность процесса разработки, позволяя создавать и документировать программы управления в графической среде. FoxCAE также обеспечивает такой же удобный для пользователя доступ к существующим базам данных процессоров управления (СР), упрощая обслуживание и документирование.

Программное обеспечение FoxCAE (Control Application Engineering) полностью использует графический интерфейс пользователя Microsoft Windows, оно организует процесс разработки базы данных управления в ряд окон для каждой из главных задач или в рабочие области. Когда вы открываете базу данных проекта, система открывает окно рабочих областей, в котором представлены функции системы (рисунок 2.29).

FoxCAE позволяет перемещаться от одной функции к другой, не закрывая первую задачу и возвращаясь в главное меню или окно. Каждое окно рабочей области обеспечивает набор пиктограмм, позволяющих переходить от задачи к задаче.

Рисунок 2.29 - Окно рабочих областей FoxCAE

FoxCAE обеспечивает графическую среду для создания контуров управления, которые, в свою очередь, генерируют базу данных (БД) компаундов и блоков, которые нужно загрузить на станцию управления системы I/A Series.

Контуры создаются с помощью редактора контуров управления путем выбора блоков управления и идентификации входов и выходов технологического процесса. Чтобы автоматизировать данный процесс, FoxCAE обеспечивает оперативные библиотеки с заранее сконфигурированными данными управления, которые можно выбрать, чтобы создать контур управления. Технологические объекты системы описываются в базе данных как совокупность элементов контроля и управления.

Каждый элемент контроля и управления описывается определенной структурой данных в зависимости от управляющего комплекса, в состав которого он входит. Элементами контроля и управления являются: аналоговые и дискретные входы и выходы, двигатели, задвижки, насосы.

В базе данных АСУ ТП 1У372 сконфигурированы следующие типы блоков ввода/вывода:

- блок Аналогового Ввода;

- блок Аналогового Вывода;

- блок Дискретного Ввода;

- блок Дискретного Вывода;

- блок ПИД регулятора;

- основной блок управления дискретными устройствами.

Блок аналогового ввода (AIN) принимает входной сигнал от одной точки (объекта управления), который может быть аналоговым, частотно-импульсным или от интеллектуального типа полевого устройства модуля Fieldbus (FBM) или Fieldbus (FBC), или от другого блока, и преобразует его в подходящую форму для применения в стратегии управления системы I/A Series. Входной сигнал, поступающий на данный блок, представляет оцифрованные данные из блока управления оборудованием (ЕСВ) модуля FBM, а выходной сигнал представляет значение, выраженное в соответствующих физических единицах измерений.

Блок аналогового вывода (AOUT) обеспечивает возможность вывода одного аналогового значения, направленного в любой модуль Fieldbus (FBM) или модуль (FBC), способный управлять аналоговыми выходными сигналами, для применения в стратегии управления системы I/A Series. Данный блок поддерживает автоматический и ручной режимы работы, преобразование (нормирование) сигнала, смещение диапазона и балансировку выходного сигнала. Также данным блоком поддерживается каскадная инициализация и возможность диспетчерского управления.

Блок дискретного (контактного) ввода (CIN) обеспечивает стратегию управления с возможностью ввода одного дискретного входного сигнала или вывода одного дискретного выходного сигнала в любом модуле Fieldbus (FBM) или модуле FBC, содержащих такие сигналы. Данный блок также обеспечивает функции обработки аварийных сигналов, касающиеся такого ввода.

Блок дискретного (контактного) вывода (COUT) обеспечивает возможность вывода одного дискретного состояния, направленного в любой модуль Fieldbus (FBM) или модуль (FBC), способный управлять дискретными выходными сигналами, для применения в стратегии управления системы I/A Series. Выполняет хранение выходного дискретного сигнала и его адресацию и, в случае инвертирования, обеспечивает инвертирование сигнала.

Блок расширенного ПИД регулирования (Extended PID - PIDE) - Пропорциональный интегральный дифференциальный регулятор со встроенной функцией самонастройки. Блок принимает входное значение от аналогового ввода или другого ПИД-регулятора и вырабатывает управляющее воздействие на исполнительный механизм в соответствии с выбранными коэффициентами. Коэффициенты могут выбираться вручную или с помощью механизма самонастройки. Блок позволяет работать в ручном, автоматическом, дистанционном и местном режимах.

Страница:


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